主页：醋溜马桶圈-CSDN博客
目录
1.STL(标准库)
1.1 什么是STL
STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架
1.2 STL的版本
- 原始版本
- Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原始版本一样做开源使用。HP 版本--所有STL实现版本的始祖
- P. J. 版本
- 由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异
- RW版本
- 由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一般
- SGI版本
- 由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，可移植性好，可公开、修改甚至贩卖，从命名风格和编程 风格上看，阅读性非常高
1.3 STL的六大组件
1.4 STL的重要性
网上有句话说：“不懂STL，不要说你会C++”。STL是C++中的优秀作品，有了它的陪伴，许多底层的数据结构以及算法都不需要自己重新造轮子，站在前人的肩膀上，健步如飞的快速开发
1.5 如何学习STL
简单总结一下 ：学习 STL 的三个境界： 能用，明理，能扩展
6.STL的缺陷
- STL库的更新太慢了。这个得严重吐槽，上一版靠谱是C++98，中间的C++03基本一些修订。C++11出来已经相隔了13年，STL才进一步更新。
- STL现在都没有支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
- STL极度的追求效率，导致内部比较复杂。比如类型萃取，迭代器萃取。
- STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector/vector/vector这样会生成多份代码，当然这是模板语法本身导致的
2. 为什么要学习string类
2.1 C语言中的字符串
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
库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，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
2.2 OJ中有关字符串的题目
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
3. 标准库中的string类
3.1 string类(了解)
string类的文档介绍：https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string
- 字符串是表示字符序列的类
- 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
- 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)
- 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)
- 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：
- string是表示字符串的字符串类
- 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
- string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
- 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;
3.2 string类的常用接口说明
1. string类对象的常见构造
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. string类对象的容量操作
注意：
- 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()
- clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小
- 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
- 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
3. string类对象的访问及遍历操作
4. string类对象的修改操作
注意：
- 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
- 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
5. string类非成员函数
6. vs和g++下string结构的说明
注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节
1.vs下string的结构
string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间：
- 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
- 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
value_type _Buf[_BUF_SIZE];
pointer _Ptr;
char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高
其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个
size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
最后：还有一个指针做一些其他事情
故总共占16+4+4+4=28个字节
2.g++下string的结构
G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：
- 空间总大小
- 字符串有效长度
- 引用计数
- 指向堆空间的指针，用来存储字符串
struct _Rep_base
{
size_type _M_length;
size_type _M_capacity;
_Atomic_word _M_refcount;
};4.string类的模拟实现
4.1 浅拷贝
浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规
就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就你争我夺，玩具损坏
可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了
4.2 深拷贝
如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供
4.3 写时拷贝(了解)
写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源
4.4 string类模拟实现代码
根据cplusplus网站中对string的介绍，我们可以手动实现相关的操作函数
string - C++ Reference (cplusplus.com)
作为一名c++的研发工程师，我们要对底层有更深的理解，学习大佬的写法，参考大佬的思维，这对我们以后学习和工作中是有很大帮助的
1 代码内容和测试函数
这是.h文件的内容
#pragma once
//#include <iostream>
#include <assert.h>
namespace dc
{
class string
{
public:
//指针版本
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
//String(char* str = nullptr)
// :_size(strlen(str))
//{
// _capacity = _size;
// _str = new char[_capacity + 1];
// strcpy(_str, str);
//}
//String(const char* str = "\0")
string(const char* str = "")
:_size(strlen(str))
{
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
string& operator=(const string& s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
return *this;
}
string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
//const对象刻可读不可写
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//普通对象可读可写
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n <= _size)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n+1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)
{
扩容2倍
//if (_size == _capacity)
//{
// reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
//}
//_str[_size] = ch;
//++_size;
//_str[_size] = '\0';
insert(_size, ch);
}
void append(const char* str)
{
扩容
//size_t len = strlen(str);
//if (_size + len > _capacity)
//{
// reserve(_size + len);
//}
//strcpy(_str + _size, str);
//_size += len;
insert(_size, str);
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
void insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
//扩容2倍
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
}
//size_t end = _size;
//while (end >= (int)pos)
//{
// _str[end + 1] = _str[end];
// --end;
//}
//_str[pos] = ch;
//_size++;
size_t end = _size+1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end-1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
_size++;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
//扩容
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
//string tmp;
//tmp.reserve(_size + len);
//tmp += str;
//tmp += _str;
//strcpy(_str + pos, tmp.c_str());
//_size += len;
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size+=len;
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
if (len == npos || len >= _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);
}
void swap(string& x, string& y)
{
x.swap(y);
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == ch)
return i;
}
return npos;
}
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
{
assert(pos < _size);
const char* p = strstr(_str + pos, sub);
if (p)
{
return p - _str;
}
else
{
return npos;
}
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
string sub;
if (len == npos || len >= _size - pos)
{
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
sub += _str[i];
}
}
else
{
for (size_t i = pos; i < pos + len; i++)
{
sub += _str[i];
}
}
return sub;
}
void clear()
{
_size = 0;
_str[_size] = '\0';
}
//bool operator==(const string& s)
//{
// int ret = strcmp(_str, s._str);
// return ret == 0;
//}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
static const int npos;
};
const int string::npos = -1;
//比较大小
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
return ret == 0;
}
bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
return ret < 0;
}
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
return s1 < s2 || s1 == s2;
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 <= s2);
}
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 < s2);
}
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 == s2);
}
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
char buff[128];
size_t i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[127] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
//s += ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
istream& getline(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
while (ch != '\n')
{
s += ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
void test_string()
{
string s1;
string s2("hello world");
const string s3("111111");
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
//String s1("hello world");
//std::string s1("hello world");
for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
{
cout << s2[i] << " ";
}
cout << endl;
//for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
//{
// s2[i]++;
//}
//cout << endl;
for (size_t i = 0; i < s3.size(); i++)
{
cout << s3[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string2()
{
string s1("hello world");
string::iterator it1 = s1.begin();
while (it1 != s1.end())
{
*it1 -= 3;
cout << *it1 << " ";
++it1;
}
cout << endl;
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string3()
{
string s1("hello world");
string::const_iterator it1 = s1.begin();
while (it1 != s1.end())
{
//*it1 -= 3;
cout << *it1 << " ";
++it1;
}
cout << endl;
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string4()
{
string s1;
s1.push_back('1');
s1.push_back('2');
s1.append("000");
cout << s1.c_str() << endl;
//for (auto ch : s1)
//{
// cout << ch << " ";
//}
//cout << endl;
s1 += 'x';
cout << s1.c_str() << endl;
s1 += "aaa";
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string5()
{
string s1("123456");
cout << s1.size() << endl;
//s1.insert(0, '0');
//s1.insert(s1.size(), '7');
//cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, "xx");
cout << s1.size() << endl;
s1.insert(s1.size(), "888");
cout << s1.size() << endl;
cout << s1.capacity() << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(1, "yy");
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string6()
{
string s1("0123456789");
//s1.erase(0, 1);
s1.erase(3, 3);
s1.erase(3);
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string7()
{
string s1("hello world");
string s2(s1);
string s3;
s3 = s1;
s1.resize(20);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.resize(5);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.resize(20, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string8()
{
string s1("hello world");
string s2("xxxxx xxxxx");
s1.swap(s2);
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string9()
{
string s1("hello world");
cout << s1.find('l', 0) << endl;
cout << s1.find('l', 5) << endl;
//char ch[] = "wor";
//cout << s1.find(ch) << endl;
cout << s1.find("world",0) << endl;
cout << s1.substr(5).c_str() << endl;
cout << s1.substr(5, 2).c_str() << endl;
}
void test_string10()
{
string s1("123456");
string s2("123456");
cout << (s1 == s2) << endl;
cout << ("123456" == s1) << endl;
cout << (s1 == "123456") << endl;
cout << s1 << endl;
cin >> s1 >> s2;
cout << s1;
cout << s2;
}
void test_string11()
{
string s1;
cout << s1 << endl;
getline(cin, s1);
cout << s1 << endl;
cout << s1.capacity() << endl;
}
}这是几个测试函数
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
#include"Class_String_2.h"
//using namespace dc;
int main()
{
//String s1();
//String s1("hello word");
//dc::test_string();
//dc::test_string2();
//dc::test_string3();
//dc::test_string4();
//dc::test_string5();
//dc::test_string6();
//dc::test_string7();
//cout << typeid(std::string::iterator).name() << endl;
//cout << typeid(dc::string::iterator).name() << endl;
//dc::test_string8();
//dc::test_string9();
//dc::test_string10();
dc::test_string11();
}2 传统版写法的String类
class String
{
public:
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
String(const String& s)
: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
{
strcpy(_str, s._str);
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s)
{
char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
strcpy(pStr, s._str);
delete[] _str;
_str = pStr;
}
return *this;
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};3 现代版写法的String类
class String
{
public:
String(const char* str = "")
{
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
String(const String& s)
: _str(nullptr)
{
String strTmp(s._str);
swap(_str, strTmp._str);
}
// 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
String& operator=(String s)
{
swap(_str, s._str);
return *this;
}
/*
String& operator=(const String& s)
{
if(this != &s)
{
String strTmp(s);
swap(_str, strTmp._str);
}return *this;
}
*/
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};