详细解说STL string
2007-11-19 13:56
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详细解说STLstring
0前言:string的角色
C++语言是个十分优秀的语言，但优秀并不表示完美。还是有许多人不愿意使用C或者C++，为什么？原因众多，其中之一就是C/C++的文本处理功能太麻烦，用起来很不方便。以前没有接触过其他语言时，每当别人这么说，我总是不屑一顾，认为他们根本就没有领会C++的精华，或者不太懂C++，现在我接触perl,php,和Shell脚本以后，开始理解了以前为什么有人说C++文本处理不方便了。举例来说，如果文本格式是：用户名电话号码，文件名name.txtBeautifierPluginError:Unabletohandle"bash"syntax.
Tom23245332 Jenny22231231 Heny22183942 Tom23245332 ...
现在我们需要对用户名排序，且只输出不同的姓名。
那么在
awk'{print$1}'name.txt|sort|uniq简单吧？
如果使用C/C++就麻烦了，他需要做以下工作：
先打开文件，检测文件是否打开，如果失败，则退出。
声明一个足够大得二维字符数组或者一个字符指针数组
读入一行到字符空间
然后分析一行的结构，找到空格，存入字符数组中。
关闭文件
写一个排序函数，或者使用写一个比较函数，使用qsort排序
遍历数组，比较是否有相同的，如果有，则要删除，copy...
输出信息
你可以用C++或者C语言去实现这个流程。如果一个人的主要工作就是处理这种类似的文本(例如做apache的日志统计和分析),你说他会喜欢C/C++么？
当然，有了STL，这些处理会得到很大的简化。我们可以使用fstream来代替麻烦的fopenfreadfclose,用vector来代替数组。最重要的是用
。看看下面代码(例程1）：
#include<string>
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<vector>
#include<fstream>
usingnamespacestd;
intmain(){
ifstreamin("name.txt");
stringstrtmp;
vector<string>vect;
while(getline(in,strtmp,'/n'))
vect.push_back(strtmp.substr(0,strtmp.find('')));
sort(vect.begin(),vect.end());
vector<string>::iteratorit=unique(vect.begin(),vect.end());
copy(vect.begin(),it,ostream_iterator<string>(cout,"/n"));
return0;
}也还不错吧，至少会比想象得要简单得多！（代码里面没有对错误进行处理，只是为了说明问题，不要效仿).
当然，在这个文本格式中，不用vector而使用map会更有扩充性，例如，还可通过人名找电话号码等等，但是使用了map就不那么好用sort了。你可以用map试一试。
这里string的作用不只是可以存储字符串，还可以提供字符串的比较，查找等。在sort和unique函数中就默认使用了less和equal_to函数,上面的一段代码，其实使用了string的以下功能：
存储功能，在getline()函数中
查找功能，在find()函数中
子串功能，在substr()函数中
stringoperator<,默认在sort()函数中调用
stringoperator==,默认在unique()函数中调用
总之，有了string后，C++的字符文本处理功能总算得到了一定补充，加上配合STL其他容器使用，其在文本处理上的功能已经与perl,shell,php的距离缩小很多了。因此掌握string会让你的工作事半功倍。
1string使用
其实，string并不是一个单独的容器，只是basic_string模板类的一个typedef而已，相对应的还有wstring,你在string头文件中你会发现下面的代码:extern"C++"{
typedefbasic_string<char>string;
typedefbasic_string<wchar_t>wstring;
}//extern"C++"由于只是解释string的用法，如果没有特殊的说明，本文并不区分string和basic_string的区别。
string其实相当于一个保存字符的序列容器，因此除了有字符串的一些常用操作以外，还有包含了所有的序列容器的操作。字符串的常用操作包括：增加、删除、修改、查找比较、链接、输入、输出等。详细函数列表参看
如果你要想了解所有函数的详细用法，你需要查看
1.1充分使用string操作符
string重载了许多操作符，包括+,+=,<,=,,[],<<,>>等，正式这些操作符，对字符串操作非常方便。先看看下面这个例子：tt.cpp（例程2）
#include<string>
#include<iostream>
usingnamespacestd;
intmain(){
stringstrinfo="Pleaseinputyourname:";
cout<<strinfo;
cin>>strinfo;
if(strinfo=="winter")
cout<<"youarewinter!"<<endl;
elseif(strinfo!="wende")
cout<<"youarenotwende!"<<endl;
elseif(strinfo<"winter")
cout<<"yournameshouldbeaheadofwinter"<<endl;
else
cout<<"yournameshouldbeafterofwinter"<<endl;
strinfo+=",WelcometoChina!";
cout<<strinfo<<endl;
cout<<"Yournameis:"<<endl;
stringstrtmp="Howareyou?"+strinfo;
for(inti=0;i<strtmp.size();i++)
cout<<strtmp[i];
return0;
}
下面是程序的输出BeautifierPluginError:Unabletohandle"bash"syntax.
-bash-2.05b$makett
c++-O-pipe-march=pentiumprott.cpp-ott
-bash-2.05b$./tt
Pleaseinputyourname:Hero
youarenotwende!
Hero,WelcometoChina!
Howareyou?Hero,WelcometoChina!
有了这些操作符，在STL中仿函数都可以直接使用string作为参数，例如less,great,equal_to等，因此在把string作为参数传递的时候，它的使用和int或者float等已经没有什么区别了。例如，你可以使用：
map<string,int>mymap;
//以上默认使用了less<string>
有了operator+以后，你可以直接连加，例如：
stringstrinfo="Winter";
stringstrlast="Hello"+strinfo+"!";
//你还可以这样：
stringstrtest="Hello"+strinfo+"Welcome"+"toChina"+"!";
看见其中的特点了吗？只要你的等式里面有一个string对象，你就可以一直连续"+"，但有一点需要保证的是，在开始的两项中，必须有一项是string对象。其原理很简单：
系统遇到"+"号，发现有一项是string对象。
系统把另一项转化为一个临时string对象。
执行operator+操作，返回新的临时string对象。
如果又发现"+"号，继续第一步操作。
由于这个等式是由左到右开始检测执行，如果开始两项都是constchar*，程序自己并没有定义两个constchar*的加法，编译的时候肯定就有问题了。
有了操作符以后，assign(),append(),compare(),at()等函数，除非有一些特殊的需求时，一般是用不上。当然at()函数还有一个功能，那就是检查下标是否合法，如果是使用：
stringstr="winter";
//下面一行有可能会引起程序中断错误
str[100]='!';
//下面会抛出异常:throws:out_of_range
cout<<str.at(100)<<endl;
了解了吗？如果你希望效率高，还是使用[]来访问，如果你希望稳定性好，最好使用at()来访问。
1.2眼花缭乱的stringfind函数
由于查找是使用最为频繁的功能之一，string提供了非常丰富的查找函数。其列表如下：| 函数名 | 描述 |
| find | 查找 |
| rfind | 反向查找 |
| find_first_of | 查找包含子串中的任何字符，返回第一个位置 |
| find_first_not_of | 查找不包含子串中的任何字符，返回第一个位置 |
| find_last_of | 查找包含子串中的任何字符，返回最后一个位置 |
| find_last_not_of | 查找不包含子串中的任何字符，返回最后一个位置 |
：
size_typefind_first_of(constbasic_string&s,size_typepos=0)
size_typefind_first_of(constcharT*s,size_typepos,size_typen)
size_typefind_first_of(constcharT*s,size_typepos=0)
size_typefind_first_of(charTc,size_typepos=0)
所有的查找函数都返回一个size_type类型，这个返回值一般都是所找到字符串的位置，如果没有找到，则返回string::npos。有一点需要特别注意，所有和string::npos的比较一定要用string::size_type来使用，不要直接使用int或者unsignedint等类型。其实string::npos表示的是-1,看看头文件：
template<class_CharT,class_Traits,class_Alloc>
constbasic_string<_CharT,_Traits,_Alloc>::size_type
basic_string<_CharT,_Traits,_Alloc>::npos
=basic_string<_CharT,_Traits,_Alloc>::size_type)-1;
find和rfind都还比较容易理解，一个是正向匹配，一个是逆向匹配，后面的参数pos都是用来指定起始查找位置。对于find_first_of和find_last_of就不是那么好理解。
find_first_of是给定一个要查找的字符集，找到这个字符集中任何一个字符所在字符串中第一个位置。或许看一个例子更容易明白。
有这样一个需求：过滤一行开头和结尾的所有非英文字符。看看用string如何实现：
#include<string>
#include<iostream>
usingnamespacestd;
intmain(){
stringstrinfo="//*---HelloWord!......------";
stringstrset="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
intfirst=strinfo.find_first_of(strset);
if(first==string::npos){
cout<<"notfindanycharacters"<<endl;
return-1;
}
intlast=strinfo.find_last_of(strset);
if(last==string::npos){
cout<<"notfindanycharacters"<<endl;
return-1;
}
cout<<strinfo.substr(first,last-first+1)<<endl;
return0;
}
这里把所有的英文字母大小写作为了需要查找的字符集，先查找第一个英文字母的位置，然后查找最后一个英文字母的位置，然后用substr来的到中间的一部分，用于输出结果。下面就是其结果：
HelloWord
前面的符号和后面的符号都没有了。像这种用法可以用来查找分隔符，从而把一个连续的字符串分割成为几部分，达到shell命令中的awk的用法。特别是当分隔符有多个的时候，可以一次指定。例如有这样的需求：
张三|3456123,湖南
李四,4564234|湖北
王小二,4433253|北京
...
我们需要以"|"","为分隔符，同时又要过滤空格，把每行分成相应的字段。可以作为你的一个家庭作业来试试，要求代码简洁。
1.3stringinsert,replace,erase
了解了string的操作符，查找函数和substr，其实就已经了解了string的80%的操作了。insert函数,replace函数和erase函数在使用起来相对简单。下面以一个例子来说明其应用。string只是提供了按照位置和区间的replace函数，而不能用一个string字串来替换指定string中的另一个字串。这里写一个函数来实现这个功能：
voidstring_replace(string&strBig,conststring&strsrc,conststring&strdst){
string::size_typepos=0;
string::size_typesrclen=strsrc.size();
string::size_typedstlen=strdst.size();
while((pos=strBig.find(strsrc,pos))!=string::npos){
strBig.replace(pos,srclen,strdst);
pos+=dstlen;
}
}看看如何调用：
#include<string>
#include<iostream>
usingnamespacestd;
intmain(){
stringstrinfo="ThisisWinter,Winterisaprogrammer.DoyouknowWinter?";
cout<<"Orignstringis:/n"<<strinfo<<endl;
string_replace(strinfo,"Winter","wende");
cout<<"AfterreplaceWinterwithwende,thestringis:/n"<<strinfo<<endl;
return0;
}
其输出结果：
Orignstringis:
ThisisWinter,Winterisaprogrammer.DoyouknowWinter?
AfterreplaceWinterwithwende,thestringis:
Thisiswende,wendeisaprogrammer.Doyouknowwende?
如果不用replace函数，则可以使用erase和insert来替换，也能实现string_replace函数的功能：
voidstring_replace(string&strBig,conststring&strsrc,conststring&strdst){
string::size_typepos=0;
string::size_typesrclen=strsrc.size();
string::size_typedstlen=strdst.size();
while((pos=strBig.find(strsrc,pos))!=string::npos){
strBig.erase(pos,srclen);
strBig.insert(pos,strdst);
pos+=dstlen;
}
}当然，这种方法没有使用replace来得直接。
2string和C风格字符串
现在看了这么多例子，发现constchar*可以和string直接转换，例如我们在上面的例子中，使用string_replace(strinfo,"Winter","wende");
来代用
voidstring_replace(string&strBig,conststring&strsrc,conststring&strdst)
在C语言中只有char*和constchar*，为了使用起来方便，string提供了三个函数满足其要求：
constcharT*c_str()const
constcharT*data()const
size_typecopy(charT*buf,size_typen,size_typepos=0)const
其中：
c_str直接返回一个以/0结尾的字符串。
data直接以数组方式返回string的内容，其大小为size()的返回值，结尾并没有/0字符。
copy把string的内容拷贝到buf空间中。
你或许会问，c_str()的功能包含data()，那还需要data()函数干什么？看看源码：
constcharT*c_str()const
{if(length()==0)return"";terminate();returndata();}
原来c_str()的流程是：先调用terminate()，然后在返回data()。因此如果你对效率要求比较高，而且你的处理又不一定需要以/0的方式结束，你最好选择data()。但是对于一般的C函数中，需要以constchar*为输入参数，你就要使用c_str()函数。
对于c_str()data()函数，返回的数组都是由string本身拥有，千万不可修改其内容。其原因是许多string实现的时候采用了引用机制，也就是说，有可能几个string使用同一个字符存储空间。而且你不能使用sizeof(string)来查看其大小。详细的解释和实现查看
另外在你的程序中，只在需要时才使用c_str()或者data()得到字符串，每调用一次，下次再使用就会失效，如：
stringstrinfo("thisisWinter");
...
//最好的方式是:
foo(strinfo.c_str());
//也可以这么用:
constchar*pstr=strinfo.c_str();
foo(pstr);
//不要再使用了pstr了,下面的操作已经使pstr无效了。
strinfo+="Hello!";
foo(pstr);//错误！会遇到什么错误？当你幸运的时候pstr可能只是指向"thisisWinterHello!"的字符串，如果不幸运，就会导致程序出现其他问题，总会有一些不可遇见的错误。总之不会是你预期的那个结果。
3string和CharactorTraits
了解了string的用法，该详细看看string的真相了。前面提到string只是basic_string的一个typedef。看看basic_string的参数：template<classcharT,classtraits=char_traits<charT>,
classAllocator=allocator<charT>>
classbasic_string
{
//...
}
char_traits不仅是在basic_string中有用，在basic_istream和basic_ostream中也需要用到。
就像SteveDonovan在
但复杂总有复杂道理。有了char_traits，你可以定义自己的字符串类型。当然，有了char_traits<char>和char_traits<wchar_t>你的需求使用已经足够了，为了更好的理解string，咱们来看看char_traits都有哪些要求。
如果你希望使用你自己定义的字符，你必须定义包含下列成员的结构：
| char_type | 字符类型 |
| int_type | int类型 |
| pos_type | 位置类型 |
| off_type | 表示位置之间距离的类型 |
| state_type | 表示状态的类型 |
| assign(c1,c2) | 把字符c2赋值给c1 |
| eq(c1,c2) | 判断c1,c2是否相等 |
| lt(c1,c2) | 判断c1是否小于c2 |
| length(str) | 判断str的长度 |
| compare(s1,s2,n) | 比较s1和s2的前n个字符 |
| copy(s1,s2,n) | 把s2的前n个字符拷贝到s1中 |
| move(s1,s2,n) | 把s2中的前n个字符移动到s1中 |
| assign(s,n,c) | 把s中的前n个字符赋值为c |
| find(s,n,c) | 在s的前n个字符内查找c |
| eof() | 返回end-of-file |
| to_int_type(c) | 将c转换成int_type |
| to_char_type(i) | 将i转换成char_type |
| not_eof(i) | 判断i是否为EOF |
| eq_int_type(i1,i2) | 判断i1和i2是否相等 |
现在默认的string版本中，并不支持忽略大小写的比较函数和查找函数，如果你想练练手，你可以试试改写一个char_traits,然后生成一个case_string类,也可以在string上做继承，然后派生一个新的类，例如：ext_string，提供一些常用的功能，例如：
定义分隔符。给定分隔符，把string分为几个字段。
提供替换功能。例如，用winter,替换字符串中的wende
大小写处理。例如，忽略大小写比较，转换等
整形转换。例如把"123"字符串转换为123数字。
这些都是常用的功能，如果你有兴趣可以试试。其实有人已经实现了，看看
4string建议
使用string的方便性就不用再说了，这里要重点强调的是string的安全性。string并不是万能的，如果你在一个大工程中需要频繁处理字符串，而且有可能是多线程，那么你一定要慎重(当然，在多线程下你使用任何STL容器都要慎重)。
string的实现和效率并不一定是你想象的那样，如果你对大量的字符串操作，而且特别关心其效率，那么你有两个选择，首先，你可以看看你使用的STL版本中string实现的源码；另一选择是你自己写一个只提供你需要的功能的类。
string的c_str()函数是用来得到C语言风格的字符串，其返回的指针不能修改其空间。而且在下一次使用时重新调用获得新的指针。
string的data()函数返回的字符串指针不会以'/0'结束，千万不可忽视。
尽量去使用操作符，这样可以让程序更加易懂（特别是那些脚本程序员也可以看懂）
5小结
难怪有人说：string使用方便功能强，我们一直用它！
6附录
string函数列表| 函数名 | 描述 |
| begin | 得到指向字符串开头的Iterator |
| end | 得到指向字符串结尾的Iterator |
| rbegin | 得到指向反向字符串开头的Iterator |
| rend | 得到指向反向字符串结尾的Iterator |
| size | 得到字符串的大小 |
| length | 和size函数功能相同 |
| max_size | 字符串可能的最大大小 |
| capacity | 在不重新分配内存的情况下，字符串可能的大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| operator[] | 取第几个元素，相当于数组 |
| c_str | 取得C风格的constchar*字符串 |
| data | 取得字符串内容地址 |
| operator= | 赋值操作符 |
| reserve | 预留空间 |
| swap | 交换函数 |
| insert | 插入字符 |
| append | 追加字符 |
| push_back | 追加字符 |
| operator+= | +=操作符 |
| erase | 删除字符串 |
| clear | 清空字符容器中所有内容 |
| resize | 重新分配空间 |
| assign | 和赋值操作符一样 |
| replace | 替代 |
| copy | 字符串到空间 |
| find | 查找 |
| rfind | 反向查找 |
| find_first_of | 查找包含子串中的任何字符，返回第一个位置 |
| find_first_not_of | 查找不包含子串中的任何字符，返回第一个位置 |
| find_last_of | 查找包含子串中的任何字符，返回最后一个位置 |
| find_last_not_of | 查找不包含子串中的任何字符，返回最后一个位置 |
| substr | 得到字串 |
| compare | 比较字符串 |
| operator+ | 字符串链接 |
| operator== | 判断是否相等 |
| operator!= | 判断是否不等于 |
| operator< | 判断是否小于 |
| operator>> | 从输入流中读入字符串 |
| operator<< | 字符串写入输出流 |
| getline | 从输入流中读入一行 |
7参考文章
论坛讨论：
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