string (C++标准库)
<string>是C++標準程式庫中的一個头文件,定义了C++标准中的字符串的基本模板类std::basic_string及相关的模板类实例:
模板类实例 | std::basic_string的模板实参 |
---|---|
string |
char
|
wstring |
wchar_t
|
u16string |
char16_t (C++11新增)
|
u32string |
char32_t (C++11新增)
|
其中的string是以char作为模板参数的模板类实例[1],把字符串的内存管理责任由string
负责而不是由编程者负责,大大减轻了C语言风格的字符串的麻烦。
std::basic_string
提供了大量的字符串操作函数,如比较、连接、搜索、替换、获得子串等。并可与C语言风格字符串双向转换。std::basic_string
属于C++ STL容器类,用户自定义的类也可以作为它的模板参数,因此也适用C++ STL Algorithm库。
string
本质上是以字符作为元素的vector特化版本;不存在0字符结尾这个概念,能装入'\0'这种数据。
std::basic_string类模板
编辑std::basic_string
类模板存储且操纵类似char的对象的序列。该对象类型的性质由特性类模板std::char_traits的实例来提供,并作为std::basic_string
的第二个模板参数。
C++11标准规定:basic_string的元素是连续存储的。即对于basic_string s,有:&*(s.begin() + n) == &*s.begin() + n
,其中n属于[0, s.size())。换句话说,指向s[0]的指针即为指向CharT[]数组的首元素指针。C++11已经禁止了寫入時複製(copy-on-write)的实现,因为存在多线程安全问题。一般都采用了小字符串优化(SSO)实现,如Visual C++:
union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
_Elem _Buf[_BUF_SIZE];
_Elem *_Ptr;
} _Bx;
size_type _Mysize; // current length of string
size_type _Myres; // current storage reserved for string
GCC从版本5开始,std::string不再采用COW策略。
C++17标准规定,basic_string是AllocatorAwareContainer, SequenceContainer与ContiguousContainer。
模板参数
编辑- CharT - 字符类型
- Traits - 字符的特性类
- Allocator 内部存储的分配器类
成员类型
编辑- traits_type 模板参数Traits
- value_type 即Traits::char_type
- allocator_type模板参数Allocator
- size_type 即Allocator::size_type。C++11改为std::allocator_traits<Allocator>::size_type
- difference_type即Allocator::difference_type。C++11改为std::allocator_traits<Allocator>::difference_type
- reference 即Allocator::reference。C++11改为value_type&
- const_reference 即Allocator::const_reference。C++11改为const value_type&
- pointer 即Allocator::pointer。C++11改为std::allocator_traits<Allocator>::pointer
- const_pointer 即Allocator::const_pointer。C++11改为std::allocator_traits<Allocator>::const_pointer
- iterator 属于RandomAccessIterator
- const_iterator 属于Constant random access iterator
- reverse_iterator 即std::reverse_iterator<iterator>
- const_reverse_iterator 即std::reverse_iterator<const_iterator>
成员函数
编辑下面列出所有成员函数,其中 string
是 std::basic_string<T>
的简写:
- 构造表示
string::string
(构造)string::~string
(析构)string::operator=
- 赋值string::assign
–赋值string::get_allocator
–获得内存分配器
- 字符访问
- 迭代器
- 容量
- 修改器
string::clear
–清空内容string::insert
–插入字符或字符串。目标 string 中的插入位置可用整数值或迭代器表示。如果参数仅为一个迭代器,则在其所指位置插入0 值。string::erase
–删除 1 个或 1 段字符string::push_back
–追加 1 个字符string::pop_back
–删除最后 1 个字符,C++11 标准引入string::append
–追加字符或字符串string::operator+=
–追加,只有一个参数——字符指针、字符或字符串;不像 append() 一样可以追加参数的子串或若干相同字符string::copy
–拷贝出一段字符到 C 风格字符数组;有溢出危险string::resize
–改变(增加或减少)字符串长度;如果增加了字符串长度,新字符缺省为 0 值string::swap
–与另一个 string 交换内容string::replace
–替换子串;如果替换源数据与被替换数据的长度不等,则结果字符串的长度发生改变
- 搜索
string::find
–前向搜索特定子串的第一次出现string::rfind
–从尾部开始,后向搜索特定子串的第一次出现string::find_first_of
–搜索指定字符集合中任意字符在 *this 中的第一次出现string::find_last_of
–搜索指定字符集合中任意字符在 *this 中的最后一次出现string::find_first_not_of
–*this 中的不属于指定字符集合的首个字符string::find_last_not_of
–*this 中的不属于指定字符集合的末个字符string::compare
–与参数字符串比较
常量值
编辑string::npos
–表示“未找到”,值为static const unsigned -1
非成员的有关的全局函数
编辑std::operator+
–字符串连接std::operator!=
–不等比较std::operator==
–相等比较std::operator<
–小于比较std::operator<=
–小于等于比较std::operator>
–大于比较std::operator>=
–大于等于比较std::operator<<
–字符串内容写到输出流中std::operator>>
–从输入流中读取一个字符串std::getline
–从istream中读入一行或一段字符到string中std::swap
–交换两个string的内容。是std::swap算法针对std::basic_string的特化版本std::stoi
–字符串转为整形std::stol
–字符串转为长整形std::stoll
–字符串转为长长整形std::stoul
–字符串转为无符号长整形std::stoull
–字符串转为无符号长长整形std::stof
–字符串转为单精度浮点形std::stod
–字符串转为双精度浮点形std::stold
–字符串转为长双精度浮点形std::to_string
–整型、无符号整型、浮点型转化为stringstd::to_wstring
–整型、无符号整型、浮点型转化为wstringstd::hash<std::string>
–计算hash值std::hash<std::wstring>
–计算hash值std::hash<std::u16string>
–计算hash值std::hash<std::u32string>
–计算hash值
字面量
编辑C++14标准定义了如下的std::basic_string字面量:
- string operator "" s(const char *str, std::size_t len);
- u16string operator "" s(const char16_t *str, std::size_t len);
- u32string operator "" s(const char32_t *str, std::size_t len);
- wstring operator "" s(const wchar_t *str, std::size_t len);
示例:
#include <string>
#include <iostream>
int main()
{
using namespace std::string_literals;
std::string s2 = "abc\0\0def"; // forms the string "abc"
std::string s1 = "abc\0\0def"s; // form the string "abc\0\0def"
std::cout<<s1.size()<<std::endl; //output 8
std::cout<<s2<<std::endl;
std::cout<<s1<<std::endl;
}
构造hash值的函数
编辑C++11标准引入了4个std::hash函数模板的特化。用于以string为键值的hash定址。
- template<> struct hash<std::string>;
- template<> struct hash<std::wstring>;
- template<> struct hash<std::u16string>;
- template<> struct hash<std::u32string>;
std::char_traits类
编辑char_traits是一个traits类模板。用于抽象出给定字符类型的字符特性与字符串操作。char_traits用于明确(explicit)实例化一个std::basic_string
类模板。
- 成员类型
- char_type CharT
- int_type 可以保持char_type以及EOF的值的整数类型
- off_type 实现定义
- pos_type 实现定义
- state_type 实现定义
- 成员函数
- assign[static]赋值一个字符
- eq[static] 比较两个字符相等
- lt[static] 比较两个字符小于
- move[static] 移动一个字符序列到另一个字符序列
- copy[static] 复制一个字符序列
- compare[static]词典序比较两个字符序列
- length[static]返回一个字符序列的长度
- find[static] 在一个字符序列中找到一个字符
- to_char_type[static]转化整型值到相等的char_type
- to_int_type[static] 转化char_type到相等的整型值
- eq_int_type[static] 比较两个整型值
- eof[static] 返回eof值
- not_eof[static]检查一个字符是否为eof值
例如,如果需要定义“两个字符相等”当且仅当“两个字符的大写形式相等”,就可以在std::char_traits<char>之上派生定义一个类,重载定义eq、lt、compare、find四个静态成员函数。再用此特性类作为第二个模板参数去实例化std::basic_string类模板。
C++11放弃了COW
编辑从C++11开始,明确禁止用“写时复制”(Copy On Write)实现stl::string。因为这在并发时容易引发错误。如下例的注释:
#include <string>
int main()
{
std::string str1("hello world\n");
//p指向str1的数据区
const char * p = str1.data();
{
//str2和str1共享数据
auto str2( str1);
//访问导致str1复制数据,此时p和str2直线同一块区域
str1[0];
//str2离开作用域,调用析构函数,此时str2的RefCount为0,因此str2指向的内存被释放
}
//此时p为野指针,这是严重的bug
printf(p);
return 0;
}
小对象优化
编辑现在的主流编译器与标准库基本都采用了小对象优化(small objects optimization,又叫 small buffer optimization),以节约动态分配内存开销。
- Visual C++:0至15个字节。在release版中,小字符串缓冲区和存储区指针复用为一个union,再加上数据长度、数据区总长度,共计24个字节(32位非宽字符)或32个字节(64位非宽字符);在debug中,小字符串缓冲区和存储区指针各有自己的存储空间,因为共计28个字节(32位非宽字符)或40个字节(64位非宽字符)。
- GCC >= 5:0至15个字节
- clang::0至22个字节
用法
编辑#include <iostream>
#include <string>
int main()
{
std::string foo = "fighters";
std::string bar = "stool";
// "!=" compares string contents for inequality, even though they are different objects.
if(foo != bar)
{
std::cout << "The strings are different." << std::endl;
}
// Prints "stool fighters" by creating a temporary object, which is automatically freed.
std::cout << bar + " " + foo << std::endl;
return 0;
}
/*
Output:
The strings are different.
stool fighters
*/
由于字符串的拷贝操作与其字节长度成比例,是O(n)量级。且创建字符串的临时栈对象的成本开销。因此string
一般作为常量引用(reference-to-const)以避免不必要的拷贝:
void print_the_string(const std::string& str)
{
std::cout << str;
}
c_str()
成员函数返回string类的C语言风格字符串(即ASCII-零串)的指针,用于C语言字符串的互操作。如果不需要零结尾的字符串,那么成员函数data()
返回不一定是0结尾的字符串的内存地址。
参考文献
编辑- ^ C++ reference for
basic_string
. Cppreference.com. [2013-06-21]. (原始内容存档于2013-01-20).