STL初探

STL简介

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。

STL的一些版本

  • 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 版本即所有STL实现版本的始祖。

  • 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，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。

STL的6大组件

STL的一些缺陷

  1. STL库的更新太慢了。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。
  2.  STL不支持线程安全。并发环境下需要我们自己加锁。且锁的粒度是比较大的。
  3.  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。
  4.  STL的使用会有代码膨胀的问题，比如使用vector<int> / vector<double> / vector<char> 这样会生成多份代码，当然这是由于模板语法本身导致的。

                                                                                                        ——截至2023-8-9

string

string的使用

用法参考网址：cplusplus.com/reference/string/string/

string常用API - 用法示例

  • part1：构造与赋值
string s1;			// 无参构造
string s2(10, 65);	// 有参构造，开局10个'A'
string s3("hello world");	// 拷贝构造
s1 = s3;	// operator =
string s4(s3, 2, 5);
const char* str = "abcdefg";
string s5(str);
string s6(str, 5);
  • part2：迭代器

begin()：指向容器第一个元素的位置（可读可写）
rbegin()：指向容器最后一个元素的位置（可读可写）
cbegin()：指向容器第一个元素的位置（只读）
crbegin()：指向容器最后一个元素的位置（只读）

end()：指向容器最后一个元素的下一个位置（可读可写）
rend()：指向容器第一个元素的前一个位置（可读可写）
cend()：指向容器最后一个元素的下一个位置（只读）
crend()：指向容器第一个元素的前一个位置（只读）

// 正向非常量迭代器，可以正常读写
string str1("hello world");
string::iterator beg = str1.begin();
while (beg != str1.end())
{cout << ++ * beg << " ";beg++;
}
cout << endl;// 反向非常量迭代器，反方向正常读写
string str2("hello world");
string::reverse_iterator rbeg = str2.rbegin();
while (rbeg != str2.rend())
{cout << ++ * rbeg << " ";rbeg++;
}
cout << endl;// 正向常量迭代器，只能读不能写
string str3("hello world");
string::const_iterator cbeg = str3.cbegin();
while (cbeg != str3.end())
{//cout << ++*cbeg << " ";	// errorcout << *cbeg << " ";cbeg++;
}
cout << endl;// 反向常量迭代器，反方向只读不写
string str4("hello world");
string::const_reverse_iterator crbeg = str4.crbegin();
while (crbeg != str4.crend())
{//cout << ++*crbeg << " ";	// errorcout << *crbeg << " ";crbeg++;
}
cout << endl;
  • part3：容量相关
string str = "hello world";
// size方法：Return length of string（不包含最后的'\0'）
cout << "str_size: " << str.size() << endl;
// length方法与size方法效果相同
cout << "str_length: " << str.length() << endl;
// max_size方法：Return maximum size of string（没有实际的参考性）
cout << "str_max_size: " << str.max_size() << endl;
// resize方法：改变size，但不改变容量大小
// capacity方法：获取string的容器大小
str.resize(5);
cout << str << endl;
cout << "str_size: " << str.size() << endl;
cout << "str_capacity: " << str.capacity() << endl;
// reverse方法：尝试更改容量大小（只有当变大的时候生效）
str.reserve(5);
cout << "change_5_capacity_result: " << str.capacity() << endl;
str.reserve(20);
cout << "change_20_capacity_result: " << str.capacity() << endl;
// clear方法：清空string
str.clear();
// empty方法：判空
cout << str.empty() << endl;
// shrink_to_fit方法：尝试缩容 
// 函数原型：void shrink_to_fit();
// This function has no effect on the string length and cannot alter its content.
str = "123456789";
cout << "size: " << str.size() << "capacity: " << str.capacity() << endl;
str.shrink_to_fit();
cout << "size: " << str.size() << "capacity: " << str.capacity() << endl;

part4：数据访问

string str = "hello world";
cout << str[3] << endl;  //operator[] - 越界触发断言
cout << str.at(7) << endl;   // at方法 - 越界抛异常
cout << str.back() << endl;   // back方法：访问最后一个字符
cout << str.front() << endl;  // front方法：访问第一个字符

part5：数据操作

string s1 = "hello ";
string s2 = "world";
// operator+=
s1 += s2;
cout << s1 << endl;
// append：在字符串尾添加字符串或单个字符
s2.append(" good");
cout << s2 << endl;
// push_back：尾插单个字符
s1.push_back('!');
cout << s1 << endl;
// assign：赋值，效果与operator=一样
string s3;
s3.assign(s2);
cout << s3 << endl;
// insert：在任意位置插入（下标从0开始）
s3.insert(5, "*******");
cout << s3 << endl;
// erase：按下标/迭代器的位置删除n个
s3.erase(5, 3); // 从下标5开始，删除3个
cout << s3 << endl;
// replace：将指定位置的n个字串替换为另一段字符串
s3.replace(5, 3, " *-* ");
cout << s3 << endl;
// swap：交换两个string对象。对应的size和capacity也原封不动的交换
s3.swap(s2);
cout << s2 << endl;
// pop_back：尾删单个字符
s3.pop_back();
cout << s3 << endl;

string注意事项

  1. 注意resize方法和reverse方法，区分size和capacity：size返回的是字符串长度，而capacity返回的是容器的容量大小。同理。resize调整的是字符串长度，而reverse是尝试调整容量的大小。（reverse并不会改变字符串的内容）
  2. string和其它容器不同。string实际上是basic_string的char型的具体模板类：

    所以这就是为什么string每次使用时不需要显示的指定类型，而其它容器（vector、list等）都需要显示的指定数据类型的原因了。
  3. 其实不光有string一种字符串容器，根据需要我们还可以选择u16string、u32string、wstring等。

模拟实现string

模拟实现string有助于我们更好的理解string的相关功能，更好的体会STL容器的设计。如下是我自己写的部分string功能：

// 输出输出流的重载
ostream& ytc::operator<<(ostream& _cout, const ytc::string& s)
{if (s.empty()) //避免cout一个已释放的stringreturn _cout << "";return _cout << s._str;
}
istream& ytc::operator>>(istream& _cin, ytc::string& s)
{s.clear();char get = _cin.get();while (get != '\n'/* || get != ' '*/) //可以选择读不读空格{if (s._size == s._capacity)s.reserve((s._capacity + 1) * 2);s._str[s._size++] = get;get = _cin.get();}return _cin;
}// 构造和析构
ytc::string::string(const char* str) : _size(strlen(str)), _capacity(strlen(str))
{_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);
}
ytc::string::string(const ytc::string& s)
{_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;
}
ytc::string& ytc::string::operator=(const string& s)
{// 容量检查size_t len = strlen(s._str);reserve(_size + len);// 拷贝内容strcpy(_str, s._str);_size = s._size;return *this;
}
ytc::string::~string()
{delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;
}// iterator
ytc::string::iterator ytc::string::begin()
{return _str;
}
ytc::string::iterator ytc::string::end()
{return _str + _size;
}// modify
void ytc::string::push_back(char c)
{// 容量检查if (_size == _capacity)reserve((_capacity + 1) * 2);_str[_size++] = c;_str[_size] = '\0';
}
ytc::string& ytc::string::operator+=(char c)
{push_back(c);return *this;
}
void ytc::string::append(const char* str)
{// 容量检查size_t len = strlen(str);reserve(_size + len);// 追加内容strcat(_str, str);_size += len;
}
ytc::string& ytc::string::operator+=(const char* str)
{append(str);return *this;
}
void ytc::string::clear()
{memset(_str, 0, sizeof(char) * _size);_size = 0;
}
void ytc::string::swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_capacity, s._capacity);std::swap(_size, s._size);
}
const char* ytc::string::c_str()const
{return _str;
}// capacity
size_t ytc::string::size()const
{return _size;
}
size_t ytc::string::capacity()const
{return _capacity;
}
bool ytc::string::empty()const
{return _size == 0;
}
void ytc::string::resize(size_t n, char c)
{// n > _size，尾插字符if (n > _size){// 一步到位的扩容reserve(n + 1);// 尾插字符int times = n - _size;while (times--){// 每次添加字符检查一下的扩容/*if (_size == _capacity){_str[_size] = '\0'; //最后加个'\0'，防止拷贝的数组比实际的空间大的问题reserve(2 * (_capacity + 1));}*/_str[_size++] = c;}_str[_size] = '\0';}// n < _size，直接截断else if (n < _size){_str[n] = '\0';_size = n;}
}
void ytc::string::reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){char* temp = new char[n + 1];strcpy(temp, _str);delete[] _str;_str = temp;_capacity = n;}
}// access
char& ytc::string::operator[](size_t index)
{// 先将*this转换为const对象，然后调用const对象的operator[]// 然后再将其返回的const char转换为charreturn const_cast<char&>(static_cast<const ytc::string&>(*this)[index]);
}
const char& ytc::string::operator[](size_t index)const
{assert(index < _size);return _str[index];
}//relational operators
bool ytc::string::operator<(const string& s)
{return strcmp(_str, s._str) < 0;
}
bool ytc::string::operator<=(const string& s)
{return _str < s._str || _str == s._str;}
bool ytc::string::operator>(const string& s)
{return strcmp(_str, s._str) > 0;
}
bool ytc::string::operator>=(const string& s)
{return _str > s._str || _str == s._str;
}
bool ytc::string::operator==(const string& s)
{return strcmp(_str, s._str) == 0;
}
bool ytc::string::operator!=(const string& s)
{return !(_str == s._str);
}// 返回c在string中第一次出现的位置（下标）
size_t ytc::string::find(char c, size_t pos) const
{if (pos < _size){for (size_t i = pos; i < _size; i++){if (_str[i] == c)return i;}}return npos;
}
// 返回子串s在string中第一次出现的位置
size_t ytc::string::find(const char* s, size_t pos) const
{const char* res = strstr(_str + pos, s);if (res != nullptr){return (res - _str) / sizeof(_str[0]);}return npos;
}
// 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置
ytc::string& ytc::string::insert(size_t pos, char c)
{// 如果pos传的过大了，那么就直接在最后插入if (pos > _size)pos = _size;// 容量检查if (_size == _capacity)reserve((_capacity + 1) * 2);// 字符后移size_t index = _size + 1;while (index >= pos && index + 1 != 0) //后面的条件是控制0位置的特殊情况{_str[index] = _str[index - 1];index--;}_str[pos] = c;_size++;// 最后返回return *this;
}
ytc::string& ytc::string::insert(size_t pos, const char* str)
{// 如果pos传的过大了，那么就直接在最后插入if (pos > _size)pos = _size;// 容量检查size_t len = strlen(str);reserve(_size + len);size_t index = _size;// 字符后移while (index >= pos && index + 1 != 0) //后面的条件是控制0位置的特殊情况{_str[index + len] = _str[index];index--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;// 最后返回return *this;
}
// 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置
ytc::string& ytc::string::erase(size_t pos, size_t len)
{if (pos < _size){if (len > _size || pos + len > _size){len = _size - pos + 1;}size_t index = pos;while (index < _size){_str[index] = _str[index + len];index++;}_str[index] = '\0';_size -= len;}else{cout << "删除位置错误！" << endl;}return *this;
}

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