【c++】string类的使用及模拟实现

1.我们为什么要学习string类？

1.1 C语言中的字符串

我们先了解一下什么是OOP思想

OOP思想，即面向对象编程（Object-Oriented Programming）的核心思想，主要包括“抽象”、“封装”、“继承”和“多态”四个方面。

• 抽象：抽象是忽略一个主题中与当前目标无关的那些方面，以便充分地注意与当前目标有关的方面。抽象并不打算了解全部问题，而只是选择其中的一部分，暂时不用部分细节。抽象包括两个方面，一是过程抽象，二是数据抽象。
• 封装：封装是把客观事物封装成抽象的类，并且类可以把自己的数据和方法只让可信的类或者对象操作，对不可信的进行信息隐藏。封装是面向对象的特征之一，是对象和类概念的主要特性。简单的说，一个类就是一个封装了数据以及操作这些数据的代码的逻辑实体。在一个对象内部，某些代码或某些数据可以是私有的，不能被外界访问。通过这种方式，对象对内部数据提供了不同级别的保护，以防止程序中无关的部分意外的改变或错误的使用对象的私有部分。
• 继承：继承是一种层次模型，用于表示类型之间的父子关系。它提供了一种明确表达共性的方法。一个新类可以从现有的类中继承，这个过程称为类继承。新类继承了原始类的特性，新类称为子类，原始类称为父类。子类可以从父类中继承方法和实例变量，并且子类可以覆盖父类中的方法或者添加新的方法。
• 多态：多态性是指允许你将父对象设置成为和一个或更多的他的子对象相等的技术，赋值之后，父对象就可以根据当前赋值给它的子对象的特性以不同的方式运作。简单的说就是用同样的对象引用调用同样的方法但是做了不同的事情。多态性分为参数的多态性和方法的多态性。多态性语言具有灵活、抽象、行为共享、代码共享的优势，可以很好地解决应用程序函数同名问题。

  总的来说，OOP思想通过抽象、封装、继承和多态等特性，使得软件开发更加模块化、灵活和易于维护。在面向对象编程中，开发者可以创建对象来模拟真实世界的实体，并通过这些对象之间的交互来实现复杂的软件功能。

  C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，因此不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。

  1.2 字符串相关的面试题

  字符串相加

  在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

  2.标准库中的string类

  2.1 string类

  首先介绍一下一个网址，这个网址可以帮助我们去快速学习我们的库中的知识

  https://cplusplus.com/

  建议多加使用该网站。

  下面的内容了解即可~~

  1. 字符串是表示字符序列的类
  2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
  3. string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
  4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
  5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

  总结：

  1. string是表示字符串的字符串类
  2. 该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。
  3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string string;
  4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

  在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std; 

  2.2 string类的常用接口

   2.2.1 string类对象的常见构造

   

   这是文档中的string类的所有构造函数，但我们只学习其中最常见的即可

  string() （重点）

          构造空的string类对象，即空字符串

  string(const char* s) （重点）

          用C-string来构造string类对象

  string(size_t n, char c)

          string类对象中包含n个字符c

  string(const string&s) （重点）

          拷贝构造函数

   

  void Teststring()
  {
   string s1; // 构造空的string类对象s1
   string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
   string s3(s2); // 拷贝构造s3
  }

  2.2.2 string类对象的容量操作

  

   size（重点）

          返回字符串有效字符长度

  length

          返回字符串有效字符长度

  capacity

          返回空间总大小

  empty （重点）

          检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false

  clear （重点）

          清空有效字符

  reserve （重点）

          为字符串预留空间**

  resize （重点）

          将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充

   注意：

  1. size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一致，一般情况下基本都是用size()。
  2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
  3. resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。
  4. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。

  2.2.3 string类对象的访问及遍历操作

   operator[] （重点）

          返回pos位置的字符，const string类对象调用
  begin+ end

  begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器

  rbegin + rend

  begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器

  范围for，C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

  2.2.4 string类对象的修改操作

   push_back

          在字符串后尾插字符c

  append

          在字符串后追加一个字符串

  operator+= (重点)

          在字符串后追加字符串str

  c_str(重点)

          返回C格式字符串

  find + npos(重点)

          从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置

  rfind

          从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置

  substr

          在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

  注意：

  1. 在string尾部追加字符时，s.push_back(c) / s.append(1, c) / s += 'c'三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。
  2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。 

  2.2.5 string类非成员函数

  operator+

          尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低

  operator>> （重点）

          输入运算符重载

  operator _capacity) { reserve(_size + _capacity); } strcpy(_str + _size, str); _size += len; } string& operator+=(char ch) { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } void clear() { _size = 0; _str[_size] = '\0'; } /*void swap(string& s) { string tmp = s; }*/ // 在pos位置上插入字符ch/字符串str void insert(size_t pos, char ch) { assert(pos pos) { _str[end] = _str[end - 1]; end--; } _str[pos] = ch; _size++; } void insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos _capacity) { //扩容 reserve(_size + len); } size_t end = _size + len; while (end > pos + len - 1) { _str[end--] = _str[end - len]; } strncpy(_str + pos, str, len); _size += len; } // 删除pos位置上的元素 void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos = _size - pos) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { strcpy(_str + pos, _str + pos + len); _size -= len; } } void swap(string& s) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std::swap(_capacity, s._capacity); } // 返回ch在string中第一次出现的位置 size_t find(char ch, size_t pos = 0) const { assert(pos = _size - pos) { for (size_t i = pos; i