目录

1. 为什么学习string类？

1.1 C语言中的字符串

2. 标准库中的string类

2.1 string类

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

2. string类对象的操作

3.vs和g++下string结构的说明

3. string类的模拟实现

 3.2 浅拷贝

3.3 深拷贝

3.4 写时拷贝

3.5 string类的模拟实现

1. 为什么学习string类？

1.1 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

https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string

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。 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。

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

2.2 string类的常用接口说明

1. string类对象的常见构造

<code>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类对象的操作

PS: 

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。

3.vs和g++下string结构的说明

 

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。

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 

<code>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。

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。

<code>struct _Rep_base

{

size_type _M_length;

size_type _M_capacity;

_Atomic_word _M_refcount;

};

3. string类的模拟实现

PS: string类在自己实现的时候一定要注意浅拷贝问题

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。

 3.2 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

。

3.3 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

3.4 写时拷贝

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。

https://coolshell.cn/articles/12199.html

https://coolshell.cn/articles/1443.html

3.5 string类的模拟实现

<code>//string.h

#pragma once

#include<iostream>

#include<assert.h>

using namespace std;

namespace mystr {

class string

{

public:

//迭代器, 因为字符串底层内存连续, 所以可以简单的定义成指针

typedef char* iterator;

typedef const char* const_iterator;

//配合范围for循环

iterator begin() { return _str; }

iterator end() { return _str + _size; }

//兼容常量字符串

const_iterator begin() const { return _str; }

const_iterator end() const { return _str + _size; }

//string();

string(const char* str = "");

string(const string& s);

string& operator=(string temp) { swap(temp); return *this; }

~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; }

//返回C语言字符数组

const char* c_str() const { return _str; }

size_t size() const { return _size; }

char& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _str[pos]; }

const char& operator[](size_t pos) const{ assert(pos < _size); return _str[pos]; }

//重置大小

void reserve(size_t n);

void push_back(char ch) { insert(_size, ch); }

void append(const char* str) { insert(_size, str); }

string& operator+=(char ch) { insert(_size, ch); return *this; }

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

void insert(size_t pos, char ch);

void insert(size_t pos, const char* str);

void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

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* str, size_t pos = 0) { return strstr(_str + pos, str) - _str; }

void swap(string& s);

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

bool operator<(const string& s) const { return strcmp(_str, s._str) < 0; }

bool operator>(const string& s) const { return !(*this <= s); }

bool operator<=(const string& s) const { return !(*this > s); }

bool operator>=(const string& s) const { return !(*this < s); }

bool operator==(const string& s) const {return strcmp(_str, s._str) == 0; }

bool operator!=(const string& s) const { return !(*this == s); }

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

private:

char* _str;

size_t _size;

size_t _capacity;

//一般static变量的定义要放在类外, 整型是特例

const static size_t npos = -1;

};

void swap(string& s1, string& s2);

istream& operator>>(istream& ci, string& s);

ostream& operator<<(ostream& co, string& s);

}

//string.cpp

#include "string.h"

namespace mystr {

string::string(const char* str):_size(strlen(str)) {

_str = new char[_size + 1];

_capacity = _size;

strcpy(_str, str);

}

string::string(const string& s) {

string temp(s._str);

swap(temp);

}

void string::reserve(size_t n) {

if (_capacity < n) {

char* temp = new char[n + 1];

strcpy(temp, _str);

delete[] _str;

_str = temp;

_capacity = n;

}

}

void string::insert(size_t pos, char ch) {

assert(pos <= _size);

if (_size == _capacity) {

size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;

reserve(newcapacity);

}

size_t end = _size + 1;

while (end > pos) _str[end] = _str[end - 1], --end;

_str[pos] = ch;

_size++;

}

void string::insert(size_t pos, const char* str) {

assert(pos <= _size);

size_t len = strlen(str);

if (_size + len > _capacity) reserve(_size + len);

size_t end = _size + len;

while (end > pos + len - 1) _str[end] = _str[end - len], --end;

memcpy(_str + pos, str, len);

_size += len;

}

void string::erase(size_t pos, size_t len) {

if (len > _size - pos) _str[pos] = '\0', _size = pos;

else strcpy(_str + pos, _str + pos + len), _size -= len;

}

void string::swap(string& s) {

char* temp = _str;

_str = s._str;

s._str = temp;

std::swap(_size, s._size);

}

string string::substr(size_t pos, size_t len) {

if (len > _size - pos) { string sub(_str + pos); return sub; }

else {

string sub;

sub.reserve(len);

for (size_t i = pos; i < pos + len; i++) sub += _str[i];

return sub;

}

}

void swap(string& s1, string& s2){ s1.swap(s2); }

istream& operator>>(istream& ci, string& s) {

s.clear();

char ch = ci.get();

while (ch != ' ' && ch != '\n') s += ch, ch = ci.get();

return ci;

}

ostream& operator<<(ostream& co, string& s) {

for (size_t i = 0; i < s.size(); i++) co << s[i];

return co;

}

}

//test.cpp

#include "string.h"

namespace mystr {

void test1() {

string s1 = "1111";

string s2 = s1;

cout << s1.c_str() << endl << s2.c_str() << endl;

cout << s1.size() << endl;

}

void test2() {

string s1 = "111";

string s2 = "222222";

s1 = s2;

cout << s1.c_str() << endl;

}

void test3() {

string s1 = "111222333";

for (auto& i : s1) i += 3;

cout << s1.c_str() << endl;

const string s2 = "111222333";

for (auto& i : s2) cout << i;

cout << endl;

for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++) cout << (s1[i] += 2);

cout << endl;

}

void test4() {

string s1 = "sadfsf";

s1.insert(2, '-');

cout << s1.c_str() << endl;

s1.insert(0, '-');

cout << s1.c_str() << endl;

s1.insert(2, "11111");

cout << s1.c_str() << endl;

s1.insert(0, "222222");

cout << s1.c_str() << endl;

}

void test5() {

string s1 = "asgfidsgf";

s1.push_back('-');

cout << s1.c_str() << endl;

s1.append("=====");

cout << s1.c_str() << endl;

s1 += 'w';

cout << s1.c_str() << endl;

s1 += "0000";

cout << s1.c_str() << endl;

s1.erase(10);

cout << s1.c_str() << endl;

s1.erase(7, 100);

cout << s1.c_str() << endl;

s1.erase(3, 2);

cout << s1.c_str() << endl;

s1.erase(0);

cout << s1.c_str() << endl;

}

void test6() {

string s1 = "ksjfghks";

cout << s1.find('h', 2) << endl;

cout << s1.find("ghk", 2) << endl;

cout << s1.find("ghksgs", 2) << endl;

}

void test7(){

string s1 = "sggsdsdf";

string s2 = "sdgfrgdb";

cout << s1.c_str() << endl;

cout << s2.c_str() << endl;

swap(s1, s2);

cout << s1.c_str() << endl;

cout << s2.c_str() << endl;

s1.swap(s2);

cout << s1.c_str() << endl;

cout << s2.c_str() << endl;

string s3 = s1.substr(2, 5);

cout << s3.c_str() << endl;

}

void test8() {

string s1, s2;

cin >> s1 >> s2;

cout << s1 << endl << s2 << endl;

}

}

int main() {

mystr::test8();

return 0;

}