【C++指南】string（二）：深入探究 C++ `basic_string`：成员变量、函数全解析
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文章目录
- 引言
- `basic_string` 的成员变量
- 内部结构概述
- 示例代码推测成员变量
- 默认成员函数
- 构造函数
- 析构函数
- 赋值运算符重载
- 迭代器
- 迭代器类型
- 迭代器的使用规则
- 容量管理
- 容量相关函数
- 容量管理规则
- 修改操作
- 插入操作
- 删除操作
- 追加操作
- 修改操作规则
- 其他相关函数
- 查找函数
- 替换函数
- 比较函数
- 总结
引言
在第一篇文章中【C++指南】string（一）：string从入门到掌握，我们对 C++ 中 string 的起源、basic_string 模板类以及相关字符串类型有了初步的了解。
本文将深入剖析 basic_string 的成员变量、默认成员函数、迭代器、容量管理、修改操作等各类成员函数，详细介绍它们的使用方法、功能特点以及遵循的规则。
basic_string 的成员变量
内部结构概述
basic_string 类模板通常包含几个关键的成员变量来管理字符串数据，虽然具体实现可能因编译器而异，但一般会有以下几个核心部分：
- 字符存储指针：指向存储字符串字符的动态分配内存区域。
- 字符串长度：表示当前字符串中实际字符的数量。
- 容量：表示当前分配的内存空间能够容纳的字符数量（包括字符串结束符）。
示例代码推测成员变量
虽然标准库没有公开 basic_string 的成员变量，但我们可以通过模拟实现来推测其可能的结构：
template<typenameCharT,typenameTraits= std::char_traits<CharT>,typenameAllocator= std::allocator<CharT>>classbasic_string{private: CharT* _data;// 字符存储指针 size_t _size;// 字符串长度 size_t _capacity;// 容量// 其他可能的成员变量和实现细节};默认成员函数
构造函数
basic_string 提供了多种构造函数重载，以满足不同的初始化需求。
- 默认构造函数：创建一个空字符串。
#include<iostream>#include<string>intmain(){ std::string str;// 默认构造，创建空字符串 std::cout <<"Empty string: "<< str << std::endl;return0;}- 带字符串字面量的构造函数：使用字符串字面量初始化字符串。其中这个构造函数是日常中最常用的
std::string str("Hello, World!"); std::cout <<"Initialized with literal: "<< str << std::endl;- 带重复字符的构造函数：使用指定字符重复多次初始化字符串。
std::string str(5,'a');// 初始化为 "aaaaa" std::cout <<"Repeated characters: "<< str << std::endl;- 拷贝构造函数：创建一个新字符串，其内容是另一个字符串的副本。
std::string original("Original"); std::string copy(original); std::cout <<"Copied string: "<< copy << std::endl;析构函数
析构函数负责在字符串对象生命周期结束时释放其占用的内存资源，防止内存泄漏。在使用 std::string 时，我们无需手动管理内存，析构函数会自动完成这些工作。
{ std::string str("Temporary");// 当 str 离开作用域时，析构函数自动调用}赋值运算符重载
赋值运算符用于将一个字符串的值赋给另一个字符串。
std::string source("Source"); std::string destination; destination = source; std::cout <<"Assigned string: "<< destination << std::endl;迭代器
迭代器类型
basic_string 支持多种迭代器类型，用于遍历字符串中的字符。
- 正向迭代器：
begin()和end()分别返回指向字符串起始和结束位置（最后一个字符的下一个位置）的迭代器。
std::string str("Iterate");for(auto it = str.begin(); it != str.end();++it){ std::cout <<*it <<" ";} std::cout << std::endl;- 反向迭代器：
rbegin()和rend()分别返回指向字符串末尾和起始位置（第一个字符的前一个位置）的反向迭代器。
for(auto rit = str.rbegin(); rit != str.rend();++rit){ std::cout <<*rit <<" ";} std::cout << std::endl;- 常量迭代器：
cbegin()、cend()、crbegin()和crend()用于遍历常量字符串，确保不会修改字符串内容。
const std::string constStr("Constant");for(auto cit = constStr.cbegin(); cit != constStr.cend();++cit){ std::cout <<*cit <<" ";} std::cout << std::endl;迭代器的使用规则
- 迭代器可以进行递增（
++）和递减（--）操作，用于移动到下一个或前一个字符位置。 - 可以使用
*运算符解引用迭代器，获取当前指向的字符。 - 在使用迭代器时，要确保迭代器的有效性，避免越界访问。
容量管理
容量相关函数
size()和length()：返回字符串中当前存储的字符个数，这两个函数功能相同。- 一般我们都会选择使用size函数，因为size函数在C++中的其他容器中也是通用的，只有length函数是因为历史发展原因string所独有的
std::string str("Capacity"); std::cout <<"Size: "<< str.size()<<", Length: "<< str.length()<< std::endl;capacity()：返回字符串当前已分配的内存空间能够容纳的字符个数，通常大于或等于size()。
std::cout <<"Capacity: "<< str.capacity()<< std::endl;reserve()：预先分配一定大小的内存空间，避免在字符串增长过程中频繁的内存重新分配，提高性能。
str.reserve(20); std::cout <<"Reserved capacity: "<< str.capacity()<< std::endl;resize()：改变字符串的长度。- 若新长度小于原长度，则会截断字符串；
- 若新长度大于原长度，会在字符串末尾填充指定字符（默认为空字符）；
- 若新长度大于string容量，则会扩容，并在补充的部分添加指定字符
str.resize(3); std::cout <<"Resized string: "<< str << std::endl; str.resize(5,'x'); std::cout <<"Resized and filled: "<< str << std::endl;容量管理规则
- 当字符串长度超过当前容量时，
basic_string会自动重新分配更大的内存空间，并将原有字符复制到新的内存区域。 reserve()只是预先分配内存，不会改变字符串的长度。resize()会直接改变字符串的长度，可能会导致内存重新分配。
修改操作
插入操作
一般我们用的最多的还是 operator+=，相当于尾插，而insert和erase非必要尽量不用，因为前插涉及到挪动数据，会存在效率的问题
insert() 函数用于在字符串的指定位置插入字符或字符串。
std::string str("Insert"); str.insert(2,"abc");// 在位置 2 插入 "abc" std::cout <<"Inserted string: "<< str << std::endl;删除操作
erase() 函数用于删除字符串中指定位置或范围的字符。
str.erase(2,3);// 从位置 2 开始删除 3 个字符 std::cout <<"Erased string: "<< str << std::endl;追加操作
push_back()：在字符串末尾添加一个字符。
str.push_back('!'); std::cout <<"Pushed back: "<< str << std::endl;append()和operator+=：用于在字符串末尾追加字符或字符串。
str.append(" World"); std::cout <<"Appended string: "<< str << std::endl; str +="!"; std::cout <<"Appended with +=: "<< str << std::endl;修改操作规则
- 插入和删除操作可能会导致内存重新分配和字符移动，影响性能。
- 追加操作通常比插入操作更高效，因为它只在字符串末尾进行操作。
其他相关函数
查找函数
find()：在字符串中查找指定的字符或子串，返回其第一次出现的位置，如果未找到则返回std::string::npos。
std::string str("Find me"); size_t pos = str.find("me");if(pos != std::string::npos){ std::cout <<"Found at position: "<< pos << std::endl;}else{ std::cout <<"Not found"<< std::endl;}rfind()：从字符串末尾开始查找，返回最后一次出现的位置。
替换函数
replace() 用于将字符串中指定范围的字符替换为其他字符或子串。
str.replace(0,4,"Replace"); std::cout <<"Replaced string: "<< str << std::endl;比较函数
compare() 用于比较两个字符串的大小，返回一个整数表示比较结果。
std::string str1("Hello"); std::string str2("World");int result = str1.compare(str2);if(result <0){ std::cout << str1 <<" is less than "<< str2 << std::endl;}elseif(result >0){ std::cout << str1 <<" is greater than "<< str2 << std::endl;}else{ std::cout << str1 <<" is equal to "<< str2 << std::endl;}总结
本文详细介绍了 C++ basic_string 的成员变量、默认成员函数、迭代器、容量管理、修改操作以及其他相关函数。通过深入了解这些内容，我们可以更加灵活和高效地使用 std::string 及其相关类型。在实际编程中，合理运用这些函数可以提高代码的可读性和性能，避免常见的错误和问题。
后续我们还将进一步探讨 basic_string 的底层实现和一些高级应用场景。
敬请期待下文！
