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STL简介 + string【上】

news 来源：原创 2025/4/21 17:40:45

一 . STL简介

1.1 什么是STL

STL（standard template libaray - 标准模板库) : 是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

注意：是标准库的一部分！C++标准库还包括其他的库，比方如下：

1.2 STL的版本

原始版本

Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，本着开源精神，他们声明允许

任何人任意运用、拷贝、修改、传播、商业使用这些代码，无需付费。唯一的条件就是也需要向原

始版本一样做开源使用。 HP 版本--所有STL实现版本的始祖。

做一个小的知识扩展：（比较出名的闭源和开源有）

闭源： windows mac os ， Oracle

开源 : linux git

P. J. 版本

由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，被Windows Visual C++采用，不能公开或修改，缺陷：可读性比较低，符号命名比较怪异。

RW版本

由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，被C+ + Builder 采用，不能公开或修改，可读性一

般。

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。我们后面学习

STL要阅读部分源代码，主要参考的就是这个版本。

1.3 STL的六大组件

1.4 STL的重要性

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。

1.5 如何学习STL

学习STL的三个境界：能用，明理，能扩展

二 . 标准库中的string 类

注：这里会比较详细的介绍string 类，以及文档怎样详细阅读。记住，死记硬背是不可取的，理解并且熟悉使用才是根本，不懂的时候，可以在文档里查找。

2.1 string 类（了解）

string 类的文档介绍：string - C++ Reference

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

2.2 auto 和范围 for

这里补充两个C++的小语法，方便我们后续的学习。

auto 关键字

在早期C/C++中的auto 的含义是：使用auto修饰的变量， 是具有自动存储器的局部变量， 后来这个不重要了。 C++11中 ，标准委员会变废为宝赋予了auto 全新的含义即：auto 不再是一个存储类型的指示符， 而是作为一个新的类型指示符来指示编译器， auto 声明的变量必须又编译器在编译时期推导而得 。
用auto 声明指针类型时，用auto 和 auto* 没有任何区别， 但用auto 声明引用类型时则必须加 &
当在同一行声明多个变量时，这些变量必须是相同类型，否则编译器将会报错，因为编译器实际只对第一个类型进行推导。然后用推导出来的类型定义其他变量。
auto 不能作为函数的参数（后面一点的语法会支持），可以做返回值，但是建议谨慎使用
auto 不能直接用来声明数组

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;//auto -- 自动推导类型
int func1()
{return 1;
}
int main()
{int a = 10;auto b = a;auto c = 'a';auto d = func1();//编译报错： error C3531: “e”: 类型包含“auto”的符号必须具有初始值设定项//auto e;int x = 10;auto y = &x;//右边必须是指针auto* z = &x;auto& k = x;auto aa = 1, bb = 2;//编译报错：error C3538: 在声明符列表中，“auto”必须始终推导为同一类型//auto cc = 1,dd = 2.0;//编译报错：error C3318: “auto []”: 数组不能具有其中包含“auto”的元素类型//auto a[] = { 1,2,3 };return 0;
}

一般内置类型直接写就好了，没必要转化为 auto ，那么时候使用auto?

替代长类型

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{std::map<std::string, std::string> dict = { { "apple", "苹果" },{ "orange","橙子" }, {"pear","梨"} };// auto的用武之地//std::map<std::string, std::string>::iterator it = dict.begin();auto it = dict.begin();while (it != dict.end()){cout << it->first << ":" << it->second << endl;++it;}return 0;
}

auto 做返回值，层层推导的时候很不方便，要么就把注释写清楚，提高代码的可读性，下面代码如果想要知道 ret 是什么类型的，要经过 fun3 -> func2 ->func1 , 层层推导出 int , 如果代码很长，就不方便阅读代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;//auto 做返回类型层层推导的时候，很不方便...
int func1()
{return 1;
}
auto func2()
{return func1();
}
auto func3()
{return func2();
}
int main()
{auto ret = func3();return 0;
}

范围 for （语法糖）

在学习中，会听过类似语法糖的词汇，就是某个语法用起来很 “甜” ，很方便，玩起来很开心

对于一个有范围的集合而言，由程序员来说明循环的范围是多余的，有时候还会容易错误，因此 C++11中引入了基于范围的 for 循环 。 for循环后的括号由冒号 " : " 分为两部分：第一部分是范围内用于迭代的变量，第二个部分则标识被迭代的范围， 自动迭代，自动取数据，自动判断结束。
范围 for 可以用作用到数组和容器对象上进行遍历
范围 for 的底层很简单， 容器遍历实际就是替换为迭代器 ，这个从汇编层也可以看到。

#include<iostream>
#include <string>
#include <map>
using namespace std;
int main()
{int array[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };// C++98的遍历for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){array[i] *= 2;}for (int i = 0; i < sizeof(array) / sizeof(array[0]); ++i){cout << array[i] << " ";}cout << endl;//范围for//语法糖：自动++，自动判断，自动执行for (auto & e : array){e *= 2;}for (auto e : array){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.3 string 类的常用接口说明

通过文档，我们发现string 没在containers ， 这是由于历史的原因导致的 ， string 出现比STL早， 但是string 的功能角度看 ，可以把string 归纳到 containers

我们点开string 来看，发现string 实际上是basic_string 类被 typedef , 这里重点学string , 因为接口的高度相似，并且用的最多的是string , 因为string 方便存储在utf8

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{cout << sizeof(char) << endl;cout << sizeof(wchar_t) << endl;cout << sizeof(char16_t) << endl;cout << sizeof(char32_t) << endl;return 0;
}

1 . string 类对象的常见构造

string::string - C++ Reference

析构的话，底层会自动释放，自动调用

string 的构造有很多，需要记住是无参构造，有参构造，拷贝构造，其他的了解即可，使用时忘记随时查阅文档，无需刻意记忆，多练

2 . string类对象的容量操作

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 . max_size() : 没什么实际意义，因为实际中开不了这么大的空间。

3 . clear() ： 只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小

4 . capacity() : 返回容量，不包含'/0'；

5 . shrink_to_fit :

6. 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， reserve 不会改变容量大小。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
#include <string>void Test_String1()
{string s("hello world!");cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//测试reserve是否会改变string中有效元素个数s.reserve(100);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//测试reserve参数小于string的底层空间大小时，是否会将空间缩小s.reserve(5);cout << s.size() << endl;cout << s.capacity() << endl;//利用reserve提高插入数据的效率，避免增容带来的开销
}
int main()
{Test_String1();return 0;
}

7 . resize(size_t n ) 与 resize(size n , char c) ：都是将字符串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，如果时将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果将元素个数减少，底层空间总大小不变。

void Test_String2()
{string s("hello world!");cout << "size:"<< s.size() << endl;cout << "capacity:"<<s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;//将s中的字符串清空，注意清空时只是将size清0，不改变底层空间s.clear();cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout  << endl;//将s中有效字符个数增加到10个，多出位置用'a'进行填充s.resize(10, 'a');cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;//将s中有效字符个数增加到15个，多出位置用缺省值'\0'进行补充s.resize(15);cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;//将s中有效字符个数缩小到5个s.resize(5);cout << "size:" << s.size() << endl;cout << "capacity:" << s.capacity() << endl;cout << "s:" << s << endl;cout << endl;
}

3. string类对象的访问及遍历操作

1 ）string 类访问对象 ：使用 [] , 或者at

不同点就是访问失败的时候返回形式不同，at 访问失败会抛异常(程序还会继续跑，比较温和的方式) , [] 访问失败， 断言(直接结束程序运行，比较暴力的方式)

2 ）遍历string 对象的方式：

1 . 下标 + [ ] : 运算符重载operaror[]

2 . 迭代器

3 . 范围 for

先来看下标 + [] 的遍历方式 :

#include <string>
int main()
{//无参的构造string st1;//带参的构造string st2("Hello World!");//拷贝构造string st3(st2);string st4(st2, 6, 1000);cout << st1 << endl;cout << st2 << endl;cout << st3 << endl;cout << st4 << endl;//1.下标+[] for (size_t i = 0; i < st2.size(); i++){st2[i] += 1;}for (size_t i = 0; i < st2.size(); i++){cout << st2[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

实际上是重载了[] 运算符， 能够使string 能像数组一样被访问 ，底层的operator[] 如下 :

namespace bit
{class string{public:char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;};
}

这里我们就能深刻体会到 引用&作为返回值 的意义 :

再来看 迭代器遍历 :

	//2 .迭代器// [ )string::iterator it = st2.begin();while (it != st2.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;

思考 : 为什么有了下标 + [] 的遍历方式还需要有迭代器呢？前者明明用到更顺。

因为下标 + [] 限制底层必须是数组，像链表就被限制了，但迭代器是通用的！

倒着遍历：反向迭代器（链表不一定有反向迭代器）

	string::reverse_iterator rit = st2.rbegin();while (rit != st2.rend()){cout << *rit << endl;++rit;}cout << endl;

迭代器有四种 :

范围for 遍历：

	//范围for -- 底层是迭代器for (auto ch : st2){cout << ch << " ";}cout << endl;

编译器编译范围for 的时候，替换为迭代器。

所以从上层看有三种遍历方式：下标+[] , 迭代器，返回for , 底层就只有两种遍方式：下标+[] 和迭代器！

4. string类对象的修改操作

1 ) push_back() / append() / opeartor+=() 都是在字符串后追加 （尾插）

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;#include <string>
void Test_string1()
{string s1;cout << s1.max_size() << endl;
}
void Test_string2()
{string s1;string s2("hello world");cout << s2.size() << endl;cout << s2.capacity() << endl;
}
void Test_string3()
{string s1;s1.push_back('x');s1.push_back('x');s1.push_back('x');s1.append("yyy");string s2("hello world");s1.append(s2.begin(), s2.end());//迭代区间可以取字符串的一部分s1.append(s2.begin() + 6, s2.end());cout << s1 << endl;//实际上，push_back与append不常用，+=最常用//类似c的 strcat , 1）从字符串开始找到'\0'后再追加//2）不会对原始空间扩容，追加会比较容易越界s1 += ' ';s1 += "zzz";s1 += s2;cout << s1 << endl;}int main()
{//Test_string1();//Test_string2();Test_string3();return 0;
}

2) insert 从某个位置开始插入 : 谨慎使用，头插数据时候，后面的数据需要全部往后挪

void Test_String3()
{string s("hello world!");s.insert(0, "xxx,");cout << "s:" << s << endl;s.insert(0, 1, 'a');cout << "s:" << s << 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，如果能够预估到放多少个字符，可以先通过 reserve 把空间预留好 。

3 ） erase: 删除数据

void Test_String4()
{string s("hello world!");//从第0个位置，删除一个字符s.erase(0, 1);cout << "s:" << s << endl;//头删一个数据s.erase(s.begin());cout << "s:" << s << endl;//不传参数时，默认从头开始，删完s.erase();cout << "s:" << s << endl;
}