从零到精通:用C++ STL string优化代码

夜雨声烦1413

发布于 2026-01-12 15:45:52

1420

1:为什么要学习string类

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，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:标准库中的string类

2.1:string类(了解)

字符串时表示字符序列的类.
标准的字符串提供了对此类对象的支持,其接口类似于字符容器的接口,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,可以去阅读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可以参考basic_string)

PS: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~

2.2: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<char,char_traits, allocator>string; 4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

3:string类的常用接口

3.1:string类对象的常见构造

3.1.1:代码1

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_constructor()
{
	//构造空的字符串对象即空字符串
	string s1;
	//使用字符串构造字符串对象
	string s2("hello world");
	//拷贝构造,将s2拷贝给s3
	string s3(s2);
	//拷贝字符串,并且只拷贝5个字符
	string s4("hello world", 5);
	cout << "s1" << s1 << endl;
	cout << "s2 = " << s2 << endl;
	cout << "s3 = " << s3 << endl;
	cout << "s4 = " << s4 << endl;
}

int main()
{
	test_constructor();
	return 0;
}

3.1.2:代码2

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_constructor()
{
	//从下标为3的位置开始拷贝字符串,拷贝12个字符串
	string s5("you are welcome", 3, 12);
	//使用字符'*'填充对象s6,填充10个
	string s6(10, '#');
	string s7;
	//赋值运算符重载
	s7 = s5;
	cout << "s5 = " << s5 << endl;
	cout << "s6 = " << s6 << endl;
	cout << "s7 = " << s7 << endl;
}

int main()
{
	test_constructor();
	return 0;
}

3.2:string类对象的遍历操作

3.2.1:代码1(begin + end)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_iterators()
{
	string str("how are you");
	//获取指向第一个字符的迭代器
	std::string::iterator it = str.begin();
	while(it != str.end())
	{
		cout << *it;
		it++;
	}
}

int main()
{
	test_string_iterators();
	return 0;
}

3.2.2:代码2(rbegin + rend)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_reverse_iterators()
{
	string str("how are you");
	//使用反向迭代器时需要指定类域
	string::reverse_iterator rit = str.rbegin();
	string::reverse_iterator ren = str.rend();
	while(rit != str.rend())
	{
		cout << *rit;
		++rit;
	}
}

int main()
{
	test_string_reverse_iterators();
	return 0;
}

3.3:string类对象的容量遍历

3.3.1:代码1(测试容量)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_capacity()
{
	string str("hello world");
	//返回字符串的长度
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "length:>" << str.length() << endl;
	//返回字符串所能触及的最大长度
	cout << "max_size:>" << str.max_size() << endl;
	//返回当前对象所分配的容量大小
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;

	//清空字符串但是不影响容量
	str.clear();
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	//判断字符串是否为空
	str = "hello world";
	int result = str.empty();
	cout <<"清空前:>" << result << endl;
	str.clear();
	cout <<"清空后:>" << str.empty() << endl;

	//默认将capacity缩到15
	str.shrink_to_fit();
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
}

int main()
{
	test_string_capacity();
	return 0;
}

3.3.2:代码2(测试resize)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_resize()
{
	string str("hello world");
	//比size小则进行删除
	str.resize(10);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;
	
	cout << endl;
	//比size大但小于capacity会用改变size,并用\0插入
	str.resize(13);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;

	//比capacity大,会先改变size的大小同时进行扩容
	str.resize(20);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;
}

int main()
{
	test_string_resize();
	return 0;
}

3.3.3:代码3(测试reserve)

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_reserve()
{
	string str("hello world");
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << "reserver后" << endl;

	cout << endl;

	//比size小不变化
	str.reserve(10);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;
	
	cout << endl;
	//比size大但小于capacity也不发生变化
	str.reserve(13);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;

	cout << endl;

	//比capacity大才会进行扩容
	str.reserve(20);
	cout << "size:>" << str.size() << endl;
	cout << "capacity:>" << str.capacity() << endl;
	cout << str << endl;
}

int main()
{
	test_string_reserve();
	return 0;
}

clear只是将string中的有效字符清空,不改变底层的空间大小.
resize(size_t n)与resize(size_n,char c)都是将字符串中的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_n,char c)用字符c来填充多出的空间.
reserve(size res_arg):为string预留空间,不改变有效元素,只有在reserve的参数大于底层的空间总大小时 reserve才会进行扩容.

3.4:string对象的访问

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_element_access()
{
	string s1("hello world");
	for(size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}

	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1.operator[](i) << " ";
	}
	cout << endl;

	//获取尾部元素
	cout << s1.back() << endl;
	//获取头部元素
	cout << s1.front() << endl;
	cout << s1.at(0) << endl;
}

int main()
{
	test_string_element_access();
	return 0;
}

3.5:string类对象的修改操作

3.5.1:代码1

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_Modifiers()
{
	string s1("hello world");
	string s2("bit");

	//operator+=运算符重载
	s1 += s2;
	s1 += 'c';
	s1 += "bit";
	cout << s1 << endl;
	cout << endl;

	//append
	s1.append(" hello world");
	cout << s1 << endl;

	//给对象s1分配新内容,并且代替当初的字符串内容
	s1.assign(" xxxxxx");
	cout << s1 << endl;
}

int main()
{
	test_string_Modifiers();
	return 0;
}

3.5.2:代码2

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_Modifiers()
{
	string s1("hello world");
	string s2("bit");

	//在下标为5的位置插入字符串0
	s1.insert(5, "0");
	cout << s1 << endl;
	cout << endl;
	//从下标为5的位置开始抹除,抹除的长度为3
	s1.erase(5, 3);
	cout << s1 << endl;
	cout << endl;

	//交换两个字符串的内容
	s1.swap(s2);
	cout<<"s1 == " << s1 << endl;
	cout<<"s2 == " << s2 << endl;
}

int main()
{
	test_string_Modifiers();
	return 0;
}

3.5.3:代码3

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_operatorions()
{
	string s1("hello world");
	string s2("bit");

	//返回C类型的字符串
	cout << s1.c_str() << endl;
	cout << s2.c_str() << endl;

	//find
	//查找字符,默认从首元素开始
	cout << s1.find(' ') << endl;
	//查找字符,从下标为5的位置开始
	cout << s1.find(' ', 5) << endl;
	//查找字符串,返回出现该字符串的首字符位置,类似于strstr
	cout << s1.find("world") << endl;
	cout << endl;
	//rind
	//查找最后一次出现该字符的位置
	cout << s1.rfind('l') << endl;
	//查找最后一次出现该字符串的位置
	cout << s1.rfind("wo") << endl;
	cout << endl;

	size_t position = s1.find(' ');
	//从position + 1的位置开始取后面字符串
	cout << s1.substr(position + 1);
}

int main()
{
	test_string_operatorions();
	return 0;
}

3.6:string类的非成员函数

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream> 
using namespace std;
#include <string>

void test_string_Non_member_function_overloads()
{
	string s1("hello world");
	string s2("hello world");
	string s3("hello xorld");

	cout << (s1 == s2) << endl;
	cout << (s1 > s2) << endl;
	cout << endl;

	//读取一行字符串
	getline(cin, s1);

	string::iterator it = s1.begin();
	string::iterator end = s1.end();

	cout << s1 << endl;

	cout << endl;
	//区间为左闭右开,反转字符串
	reverse(it, end);
	cout << s1 << endl;
}

int main()
{
	test_string_Non_member_function_overloads();
	return 0;
}

4:vs下与g++下string结构的说明

PS:这是在32位平台下进行验证滴,32位平台下,指针占4个字节

4.1:vs下string的结构

string总共占28个字节,内部结构稍微复杂些,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 < 16时,使用内部固定的字符数组来进行存放
当字符串长度 >= 16时,从堆区上开辟空间.

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.
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.
还 有一个指针 做一些其他事情. 因此总共占 16 + 4 + 4 + 4 = 28个字节.

4.2:g++下的string

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;
};

好啦,uu们,string的这部分滴详细内容博主就讲到这里啦,如果uu们觉得博主讲的不错的话,请动动你们滴小手给博主点点赞,你们滴鼓励将成为博主源源不断滴动力,同时也欢迎大家来指正博主滴错误~

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原始发表：2024-09-16，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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