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一.为什么要学习string类

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。

标准库中的string类

string类(了解)

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。 比特科技3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char,
  3. char_traits, allocator> 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;

string类的常用接口说明

• 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
}

• string类对象的容量操作

1. size（重点）

返回字符串有效字符长度

2.length

返回字符串有效字符长度

3. capacity

返回空间总大小

4. empty （重点）

检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false

5. clear （重点）

清空有效字符

6. reserve （重点）

为字符串预留空间

7. resize （重点）

将有效字符的个数该成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。

string类对象的访问及遍历操作

void Teststring()
{
string s1("hello Bit");
const string s2("Hello Bit");
cout<<s1<<" "<<s2<<endl;
cout<<s1[0]<<" "<<s2[0]<<endl;
s1[0] = 'H';
cout<<s1<<endl;
// s2[0] = 'h'; 代码编译失败，因为const类型对象不能修改
}
void Teststring()
{
string s("hello Bit");
// 3种遍历方式：
// 需要注意的以下三种方式除了遍历string对象，还可以遍历是修改string中的字符，
// 另外以下三种方式对于string而言，第一种使用最多
// 1. for+operator[]
for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
cout<<s[i]<<endl;
// 2.迭代器
string::iterator it = s.begin();
while(it != s.end())
{
cout<<*it<<endl;
++it;
}
string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
while(rit != s.rend())
cout<<*rit<<endl;
// 3.范围for
for(auto ch : s)
cout<<ch<<endl;
}

string类对象的修改操作

1. push_back

在字符串后尾插字符c

2. append

在字符串后追加一个字符串

3. operator+= (重点)

在字符串后追加字符串str

4. c_str(重点)

返回C格式字符串

5. 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

6. 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

7. substr

在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

void Teststring()
{
string str;
str.push_back(' '); // 在str后插入空格
str.append("hello"); // 在str后追加一个字符"hello"
str += 'b'; // 在str后追加一个字符'b'
str += "it"; // 在str后追加一个字符串"it"
cout<<str<<endl;
cout<<str.c_str()<<endl; // 以C语言的方式打印字符串
// 获取file的后缀
string file1("string.cpp");
size_t pos = file.rfind('.');
string suffix(file.substr(pos, file.size()-pos));
cout << suffix << endl;
// npos是string里面的一个静态成员变量
// static const size_t npos = -1;
// 取出url中的域名
sring url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
cout << url << endl;
size_t start = url.find("://");
if (start == string::npos)
{
cout << "invalid url" << endl;
return;
}
start += 3;
size_t finish = url.find('/', start);
string address = url.substr(start, finish - start);
cout << address << endl;
// 删除url的协议前缀
pos = url.find("://");
url.erase(0, pos+3);
cout<<url<<endl;
}

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。

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<< （重点）

输出运算符重载

getline （重点）

获取一行字符串

relational operators

（重点） 大小比较

例题

仅仅反转字母

class Solution {
public:
string reverseOnlyLetters(string S) {
char* pLeft = (char*)S.c_str();
char* pRight = pLeft + (S.size()-1);
while(pLeft < pRight)
{
// 从前往后找，找到一个字母
while(pLeft < pRight)
{
// 找到有效字母后停下来
if(isalpha(*pLeft))
break;
++pLeft;
}
// 从后往前找，找一个字母
while(pLeft < pRight)
{
// 找到有效字母后停下来
if(isalpha(*pRight))
break;
--pRight;
}
if(pLeft < pRight)
{
swap(*pLeft, *pRight);
++pLeft;
--pRight;
}
}
return S;
}
};

string类的模拟实现

深拷贝和浅拷贝

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己
来模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以
下string类的实现是否有问题？

class string
{
public:
/*string()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//string(const char* str = "\0") 错误示范
//string(const char* str = nullptr) 错误示范
string(const char* str = "")
{
// 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下
if(nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~string()
{
if(_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void Teststring()
{
string s1("hello bit!!!");
string s2(s1);
}

说明：上述string类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构
造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块
空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

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。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷
贝。

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。

传统版写法的string类

lass string
{
public:
string(const char* str = "")
{
// 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下
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;
};

现代版写法的string类

class string
{
public:
string(const char* str = "")
{
if(nullptr == str)
str = "";
_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;
};

string类的模拟实现

头文件和接口展示

#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
namespace ymh
{
    class string
    {
        //友元函数
        friend ostream& operator <<(ostream& cout, const string& s);
        friend istream& operator <<(istream& cin,  string& s);
        friend istream& getline(istream& cin, string& s);
public:
        //迭代器的定义
        typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;

        //构造函数
        string(const char* s="");
        string(const string& s);

        //赋值运算符重载
        string& operator=(const string& s)
        {
            if (this != s)
            {
                this->clear();

            }
        }

        //析构函数
        ~string();

        //交换函数
        void swap(string& s);

        //迭代器
        iterator begin();
        iterator end();
        const_iterator begin() const;
        const_iterator end() const; //;要给到外面

        //修改函数
        void push_back(char c);
        string& operator +=(const char* s);
        string& operator +=(const char s);
        void append(const char* s);
        void clear();
        const char* c_str()const ;

        //大小操作
        size_t size() const;
        size_t capacity() const;
        void resize();
        void reserve();
        bool empty() const;

        //relational operator
        bool operator<(const string& s);
        bool operator<=(const string& s);
        bool operator>(const string& s);
        bool operator>=(const string& s);
        bool operator==(const string& s);
        bool operator!=(const string& s);

        // 返回c在string中第一次出现的位置
        size_t find(char c, size_t pos = 0) const;
        // 返回子串s在string中第一次出现的位置
        size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const;
        // 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符
        string& insert(size_t pos, char c);
        string& insert(size_t pos, const char* str);
        // 删除pos位置上的长度个字符
        string& erase(size_t pos, size_t len = npos);

    private:
        char* _str;
        size_t _capacity;
        size_t _size;
        static const size_t npos;
    };
    //初始化静态私有成员变量
    const size_t string::npos = -1;
}

模拟实现

ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s)
{
    for (auto ch : s)//会替换成string的迭代器
    {
        _cout << ch;
    }
    return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, string& s)
{
    s.clear();//清理
    char ch;
    ch = _cin.get();//能够接收空格和结束符
    while (ch != ' ' && ch != '\n')
    {
        s += ch;
        ch = _cin.get();
    }
    return _cin;
}

istream& getline(istream& _cin, string& s)
{
    s.clear();
    char ch;
    ch = _cin.get();
    while (ch != '\n')
    {
        s += ch;
        ch = _cin.get();
    }
    return _cin;
}
//构造函数
string::string(const char* str="")
{
    if(str==nullptr)
        str="";
    _str = new char[strlen(str) + 1];
    _size = strlen(str);
    _capacity = _size;
    strcpy(_str, str);
}
//交换string
void string::swap(string& s)
{
    ::swap(_str, s._str);
    ::swap(_size, s._size);
    ::swap(_capacity, s._capacity);
}
//拷贝构造
string::string(const string& s)
    :_str(nullptr)
    , _size(0)
    , _capacity(0)
{
    string tmp(s._str);
    swap(tmp);
}
//赋值重载
string& string::operator=(const string& s)//传引用
{
    //避免自己给自己赋值
    if (this != &s)
    {
        string tmp(s._str);
        swap(tmp);
    }
    return *this;
}
//析构函数
string::~string()
{
    delete[] _str;
    _str = nullptr;
    _size = 0;
    _capacity = 0;
}

// iterator（普通对象）
string::iterator string::begin()
{
    return _str;
}
string::iterator string::end()
{
    return _str + _size;
}
// iterator（const对象）
string::const_iterator string::begin()const
{
    return _str;
}
string::const_iterator string::end()const
{
    return _str + _size;
}

// modify
//尾插字符
void string::push_back(char c)
{
   // 满空间就扩容
    //if (_size == _capacity)
    //{
    //    reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
    //}
    //_str[_size] = c;
    //_size++;

    insert(_size, c);
}
string& string::operator+=(char c)
{
    push_back(c);
    return *this;
}
//追加字符串
void string::append(const char* str)
{
    /*size_t len = _size + strlen(str);
    if (len > _capacity)
    {
        reserve(len);
    }
    strcpy(_str + _size, str);
    _size = len;*/

    insert(_size, str);
}
string& string::operator+=(const char* str)
{
    append(str);
    return *this;
}

void string::clear()
{
    _str[0] = '\0';
    _size = 0;
}

const char* string::c_str()const
{
    return _str;
}
size_t string::size()const
{
    return _size;
}
size_t string::capacity()const
{
    return _capacity;
}
bool string::empty()const
{
    return _size == 0;
}
//开空间+初始
void string::resize(size_t n, char c)
{
    if (n < _size)
    {
        _str[n] = '\0';
        _size = n;
    }
    else
    {
        if (n > _capacity)
        {
            reserve(n);
        }
        int pos = _size;
        while (pos < n)
            _str[pos++] = c;
        _str[n] = '\0';
        _size = n;
    }
}
//开空间
void string::reserve(size_t n)
{
    //需要的空间大于容量就开空间
    if (n > _capacity)
    { 
        char* tmp = new char[n + 1];
        strncpy(tmp, _str, _size + 1);//strcpy不能将\0后的内容也拷贝
        delete[] _str;
        _str = tmp;
        _capacity = n;
    }
}

// access
char& string::operator[](size_t index)
{
    assert(index < _size);
    return _str[index];
}
const char& string::operator[](size_t index)const
{
    assert(index < _size);
    return _str[index];
}

//relational operator
bool string::operator<(const string& s)
{
    return strcmp(_str, s._str) < 0;
}
bool string::operator<=(const string& s)
{
    return *this < s || *this == s;
}
bool string::operator>(const string& s)
{
    return !(*this <= s);
}
bool string::operator>=(const string& s)
{
    return !(*this < s);
}
bool string::operator==(const string& s)
{
    return strcmp(_str, s._str);
}
bool string::operator!=(const string& s)
{
    return !(*this == s);
}

// 返回c在string中第一次出现的位置
size_t string::find(char c, size_t pos) const
{
    //pos的合理性
    assert(pos < _size);
    for (size_t i = pos; i < _size; i++)
    {
        if (_str[i] == c)
            return i;
    }
    //没找到
    return npos;
}
// 返回子串s在string中第一次出现的位置
size_t string::find(const char* s, size_t pos) const
{
    //pos的合理性
    assert(pos < _size);
    const char* ret = strstr(_str + pos, s);
    if (ret)
        return ret - _str;
    //没找到
    return npos;
}
// 在pos位置上插入字符c/字符串str
string& string::insert(size_t pos, char c)
{
    assert(pos <= _size);
    if (_size == _capacity)
    {
        reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
    }
    char* end = _str + _size;
    while (end >= _str + pos)
    {
        *(end + 1) = *end;
        end--;
    }
    _str[pos] = c;
    _size++;
    return *this;
}
string& string::insert(size_t pos, const char* str)
{
    assert(pos <= _size);
    size_t len1 = strlen(str);
    size_t len2 = len1 + _size;
    if (len2 > _capacity)
    {
        reserve(len2);
    }
    char* end = _str + _size;
    while (end >= _str + pos)
    {
        *(end + len1) = *end;
        end--;
    }
    strncpy(_str + pos, str, len1);
    _size += len1;

    return *this;
}
// 删除pos位置上的长度个字符
string& string::erase(size_t pos, size_t len)
{
    assert(pos < _size);
    size_t leftlen = _size - pos - 1;
    if (len >= leftlen)
    {
        _str[pos] = '\0';
        _size = pos;
    }
    else
    {
        strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
        _size -= len;
    }
    return *this;
}

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