【C++】STL学习之旅——初识STL，认识string类

叫我龙翔

发布于 2024-03-05 10:17:45

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1 STL 简介

现在我正式开始学习STL，这让我期待好久了，一想到不用手撕链表，手搓堆栈，心里非常爽。接下来我们先来介绍一下STL：

STL，英文全称 standard template library，中文可译为标准模板库或者泛型库，其包含有大量的模板类和模板函数，是 C++ 提供的一个基础模板的集合，用于完成诸如输入/输出、数学计算等功能。 STL 最初由惠普实验室开发，于 1998 年被定为国际标准，正式成为 C++ 程序库的重要组成部分。

主要分为这几个版本：HP STL、SGI STL、STLport、PJ STL、Rouge Wave STL 等其中我们需要重点学习的是SGI版本： 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。学习STL 要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本

2 STL怎么学习

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。那么我们应该如何学习呢？首先就是关注官方网站 C++中查阅资料。我推荐使用这个：C++库然后学好英语很重要，要学会阅读文档，无论学习什么新技术，英语绝对是必不可少的。（程序员的尽头是英语）

3 STL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

4 string

接下来让我们开始学习string类吧：

4.1 初识 string

根据上面我们进行的搜索我们可以了解到：

string是一个代表字符串的对象。
标准string类提供了类似标准字符容器的接口，而且添加了单字节操作的特性。
string类是 basic_string类模版的一个实例，使用char类型来实例化basic_string 模版类。
注意这个类独立于所使用的编码来处理字节：如果使用 multi-byte 或多长度字符（例如UTF-8编码），这个类的所有成员（比如长度和大小），以及该类的迭代器将仍然在该字节（而不是实际的编码字符）来操作。

可以总结为以下内容：

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string 以及using namespace std;

4.2 初步使用

构造函数

构造函数	功能
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

来看使用效果：

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

int main() {
	string s1;
	string s2("Hello!");
	string s3(5,'n');
	string s4(s2);

	cout << s1 << endl;
	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
	cout << s4 << endl;

	return 0;
}

流操作符也在string类中进行了重载，输出很丝滑~

成员函数

成员函数	作用
begin（）	返回字符首位置 (迭代器常用 )
end（）	返回字符结尾 (迭代器常用)
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)	检测字符串释放为空串，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）	将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充

来使用一下：

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

int main() {

	string s1("Hello!");

	cout << s1 << endl;
	//有效字符长度
	cout <<"有效字符长度:" << s1.size() << endl;
	//字符串所占空间
	cout << "字符串所占空间:" << s1.capacity() << endl;
	//实际长度（不包括‘\0')
	cout << "实际长度:" << s1.length() << endl;
	//检查是否为空 （为空返回1 不为空返回0）
	cout <<"是否为空:" << s1.empty() << endl;


	//-----------清空试试-------
	cout << "\n---------清空--------\n";
	s1.clear();
	cout << s1 << endl;
	//有效字符长度
	cout << "有效字符长度:" << s1.size() << endl;
	//字符串所占空间
	cout << "字符串所占空间:" << s1.capacity() << endl;
	//实际长度（不包括‘\0')
	cout << "实际长度:" << s1.length() << endl;
	//检查是否为空 （为空返回1 不为空返回0）
	cout << "是否为空:" << s1.empty() << endl;

	//--------更改大小-------
	cout << "\n---------更改有效字符个数--------\n";
	s1.resize(10, 'a');
	cout << s1 << endl;
	//有效字符长度
	cout << "有效字符长度:" << s1.size() << endl;
	//字符串所占空间
	cout << "字符串所占空间:" << s1.capacity() << endl;
	//实际长度（不包括‘\0')
	cout << "实际长度:" << s1.length() << endl;
	//检查是否为空 （为空返回1 不为空返回0）
	cout << "是否为空:" << s1.empty() << endl;
	return 0;
}

看看运行效果：

这样，对string就有了一个大概了解。有些注意事项：

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

5 小试牛刀

家人们！上链接！！！：字符串相加

我们来尝试使用我们刚刚学习的string来解决问题：首先：我们不能简单的进行字符串转换为整数，然后相加，最后转换为字符串。你问我为什么？请看VCR：

测试用例没问题，但是Leetcode给我们的数据太大了，longlong都没办法容纳。所以我们使用最朴素的算法：竖式算法很简单依次相加按运算法则进位得到该位的数值然后插入到string即可。

class Solution {
public:
    string addStrings(string num1, string num2) {
    	// 从个位开始，所以取字符串末位
        int i = num1.length() - 1;
        int j = num2.length() - 1;
        // 计算所需变量
        int n1 = 0,n2 = 0 ,carry = 0;
        //答案string对象
        string ans = "";
        //开始计算
        while(i >= 0 || j >= 0 || carry != 0 ){
        //这里一定要写判断，不然会发生数组越界。
            n1 = i >= 0 ? num1[i] - '0' : 0; 
            n2 = j >= 0 ? num2[j] - '0' : 0;
            //得到结构就尾插
            ans.push_back((n1 + n2 + carry) % 10 + '0');
            //迭代
            carry = (n1 + n2 + carry) / 10;
            i--;
            j--;

        }
        //注意因为我们是尾插的，所以要调换头尾顺序才可以
        //这里使用 对称对调法。
        for(int k = 0 ;k<ans.size()/2;k++){
            char tmp = ans[k] ;
            ans[k] = ans[ans.size() - 1 - k];
            ans[ans.size() - 1 - k] = tmp;
        }
        //这个函数更方便，但是不方便解释了在这里
        //reverse(ans.begin(),ans.end());
        return ans;
    }
};

来看效果奥：