详细解说STL string

0 前言: string 的角色

举例来说，如果文本格式是：用户名 电话号码，文件名name.txt

Tom 23245332
Jenny 22231231
Heny 22183942
Tom 23245332
...

那么在shell 编程中，可以这样用：

awk '{print $1}' name.txt | sort | uniq 

如果使用C/C++ 就麻烦了，他需要做以下工作：

1. 先打开文件，检测文件是否打开，如果失败，则退出。
2. 声明一个足够大得二维字符数组或者一个字符指针数组
3. 读入一行到字符空间
4. 然后分析一行的结构，找到空格，存入字符数组中。
5. 关闭文件
6. 写一个排序函数，或者使用写一个比较函数，使用qsort排序
7. 遍历数组，比较是否有相同的，如果有，则要删除，copy...
8. 输出信息

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fopen fread fclose, 用vector 来代替数组。最重要的是用 string来代替char * 数组，使用sort排序算法来排序，用unique 函数来去重。听起来好像很不错 。看看下面代码(例程1）：

#include <string>
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include <fstream>
using namespace std;
int main(){
ifstream in("name.txt");
string strtmp;
vector<string> vect;
while(getline(in, strtmp, '\n'))
vect.push_back(strtmp.substr(0, strtmp.find(' ')));
sort(vect.begin(), vect.end());
vector<string>::iterator it=unique(vect.begin(), vect.end());
copy(vect.begin(), it, ostream_iterator<string>(cout, "\n"));
return 0;
}

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：

1. 存储功能，在getline() 函数中
2. 查找功能，在find() 函数中
3. 子串功能，在substr() 函数中
4. string operator < , 默认在sort() 函数中调用
5. string operator == , 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。

1 string 使用

extern "C++" {
typedef basic_string <char> string;
typedef basic_string <wchar_t> wstring;
} // extern "C++"

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。详细函数列表参看附录。不要害怕这么多函数，其实有许多是序列容器带有的，平时不一定用的上。

如果你要想了解所有函数的详细用法，你需要查看basic_string，或者下载STL编程手册。这里通过实例介绍一些常用函数。

1.1 充分使用string 操作符

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main(){
string strinfo="Please input your name:";
cout << strinfo ;
cin >> strinfo;
if( strinfo == "winter" )
cout << "you are winter!"<<endl;
else if( strinfo != "wende" )
cout << "you are not wende!"<<endl;
else if( strinfo < "winter")
cout << "your name should be ahead of winter"<<endl;
else
cout << "your name should be after of winter"<<endl;
strinfo += " , Welcome to China!";
cout << strinfo<<endl;
cout <<"Your name is :"<<endl;
string strtmp = "How are you? " + strinfo;
for(int i = 0 ; i < strtmp.size(); i ++)
cout<<strtmp[i];
return 0;
} 

下面是程序的输出

-bash-2.05b$ make tt
c++  -O -pipe -march=pentiumpro  tt.cpp  -o tt
-bash-2.05b$ ./tt
Please input your name:Hero
you are not wende!
Hero , Welcome to China!
How are you? Hero , Welcome to China!

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>

string strinfo="Winter";
string strlast="Hello " + strinfo + "!";
//你还可以这样：
string strtest="Hello " + strinfo + " Welcome" + " to China" + " !";

1. 系统遇到"+"号，发现有一项是string 对象。
2. 系统把另一项转化为一个临时 string 对象。
3. 执行 operator + 操作，返回新的临时string 对象。
4. 如果又发现"+"号，继续第一步操作。

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：

string str="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;

1.2 眼花缭乱的string find 函数

size_type find_first_of(const basic_string& s, size_type pos = 0)
size_type find_first_of(const charT* s, size_type pos, size_type n)
size_type find_first_of(const charT* s, size_type pos = 0)
size_type find_first_of(charT c, size_type pos = 0)

template <class _CharT, class _Traits, class _Alloc>
const basic_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>
using namespace std;
int main(){
string strinfo="   //*---Hello Word!......------";
string strset="ABCDEFGHIJKLMNOPQRSTUVWXYZabcdefghijklmnopqrstuvwxyz";
int first = strinfo.find_first_of(strset);
if(first == string::npos) {
cout<<"not find any characters"<<endl;
return -1;
}
int last = strinfo.find_last_of(strset);
if(last == string::npos) {
cout<<"not find any characters"<<endl;
return -1;
}
cout << strinfo.substr(first, last - first + 1)<<endl;
return 0;
}

Hello Word

张三|3456123, 湖南
李四,4564234| 湖北
王小二, 4433253|北京
...

1.3 string insert, replace, erase

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：

void string_replace(string & strBig, const string & strsrc, const string &strdst) {
string::size_type pos=0;
string::size_type srclen=strsrc.size();
string::size_type dstlen=strdst.size();
while( (pos=strBig.find(strsrc, pos)) != string::npos){
strBig.replace(pos, srclen, strdst);
pos += dstlen;
}
}

#include <string>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
string strinfo="This is Winter, Winter is a programmer. Do you know Winter?";
cout<<"Orign string is :\n"<<strinfo<<endl;
string_replace(strinfo, "Winter", "wende");
cout<<"After replace Winter with wende, the string is :\n"<<strinfo<<endl;
return 0;
}

Orign string is :
This is Winter, Winter is a programmer. Do you know Winter?
After replace Winter with wende, the string is :
This is wende, wende is a programmer. Do you know wende?

void string_replace(string & strBig, const string & strsrc, const string &strdst) {
string::size_type pos=0;
string::size_type srclen=strsrc.size();
string::size_type dstlen=strdst.size();
while( (pos=strBig.find(strsrc, pos)) != string::npos){
strBig.erase(pos, srclen);
strBig.insert(pos, strdst);
pos += dstlen;
}
}

2 string 和 C风格字符串

string_replace(strinfo, "Winter", "wende");

void string_replace(string & strBig, const string & strsrc, const string &strdst) 

const charT* c_str() const
const charT* data() const
size_type copy(charT* buf, size_type n, size_type pos = 0) const 

1. c_str 直接返回一个以\0结尾的字符串。
2. 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。
3. copy 把string的内容拷贝到buf空间中。

const charT* c_str () const
{ if (length () == 0) return ""; terminate (); return data (); }

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Effective STL的条款15：小心string实现的多样性。

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：

string strinfo("this is Winter");
...
//最好的方式是:
foo(strinfo.c_str());
//也可以这么用:
const char* 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！

3 string 和 Charactor Traits

template <class charT, class traits = char_traits<charT>,
class Allocator = allocator<charT> >
class basic_string
{
//...
}

就像Steve Donovan在过度使用C++模板中提到的，这些确实有些过头了，要不是系统自己定义了相关的一些属性，而且用了个typedef，否则还真不知道如何使用。

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：

表达式	描述
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

想看看实际的例子，你可以看看sgi STL的char_traits结构源码.

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：

1. 定义分隔符。给定分隔符，把string分为几个字段。
2. 提供替换功能。例如，用winter, 替换字符串中的wende
3. 大小写处理。例如，忽略大小写比较，转换等
4. 整形转换。例如把"123"字符串转换为123数字。

4 string 建议

1. 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)。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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

6 附录

7 参考文章

1. SGI STL: char_traits 源码
2. STL 编程手册: basic_string
3. 详细解说 STL 排序(Sort)
4. 详细解说 STL hash_map系列
5. Effective STL 中文版

论坛讨论 ：讨论：详细解说STL string

用STL快速编写ini配置文件识别类

作者： winter

ini文件是技术人员经常用到的一种系统配置方法，如何读取和快速识别ini文件中的内容实现起来比较繁琐。STL强大的功能在于能快速的实现排序、查找、 识别等功能。本文通过STL中的map，string，vector,ifstream等，来快速实现ini文件的识别类class IniFile。IniFile可以实现常见查找功能，并提供完整的源码。

设计需求：

ini文件的格式一般如下:

[section1]
key1=value1
key2=value2
......

[section2]
key1=value1
key2=value2    #注释
......

实际的例子是：

#ini for path
[path]
dictfile = /home/tmp/dict.dat
inputfile= /home/tmp/input.txt
outputfile= /home/tmp/output.txt

#ini for exe
[exe]
user= winter       //user name
passwd= 1234567    #pass word
database= mydatabase

其中有五种元素：section 名，Key名，value值，注释 #或者//开头,标志字符"[" "]" "="。查找项的对应关系为sectiong-key和value对应。需要得到是value。class IniFile要实现的是两个函数：读入ini文件，读取sect-key对应的value值。即实现下面的接口：

class IniFile{
public:
    IniFile();
    //打开ini文件
    bool open(const char* pinipath);
    //读取value值
    const char* read(const char* psect, const char*pkey);
  };

设计实现：

用ifstream按行读入ini文件的内容
识别每一行的字符串，分析出sectiong，key，value，和注释。
用map<string, string, less<string> >来记录所有的sectiong－key和value。

重新定义class IniFile

typedef map<string, string, less<string> > strMap;
typedef strMap::iterator strMapIt;

const char*const MIDDLESTRING = "_____***_______";
class IniFile
{
public:
    IniFile( ){};
    ~IniFile( ){};
    bool open(const char* pinipath)
    {
        return do_open(pinipath);
    }
    string read(const char*psect, const char*pkey)
    {
        string mapkey = psect;
        mapkey += MIDDLESTRING;
        mapkey += pkey;
        strMapIt it = c_inimap.find(mapkey);
        if(it == c_inimap.end())
            return "";
        else
            return it->second;
    }
protected:
    bool do_open(const char* pinipath)
    {
        ifstream fin(pinipath);
        if(!fin.is_open())
            return false;
        vector<string> strvect;
        while(!fin.eof())
        {
            string inbuf;
            getline(fin, inbuf,'\n');
            strvect.push_back(inbuf);
        }
        if(strvect.empty())
            return false;
        for_each(strvect.begin(), strvect.end(), analyzeini(c_inimap));
        return !c_inimap.empty();
    }
    strMap c_inimap;
};

其中do_open是用来真正实现初始化ini内容的函数。先用ifstream fin打开一个文件，然后用is_open判断文件是否正常打开。顺序读取文件的时候用eof()判断是否到文件尾。getline是一个字符处理函数：直接从fin中读取一行。然后用while循环过滤一行末尾的空格等字符。最后保存到一个vector中，完成读入文本工作。其中比较值得关注的是以下为体，你知道为什么这么做么？

• 用ifstream和getline来读入而不是用fopen和fread。
• 用is_open判断是否打开，而不是直接读取。
• 用vector的push_pack而不是insert。
• 用empty判断是否为空，而不是用size()==0。

下一步用for_each函数来完成字符串的内容提取工作。声明一个结构，实现对操作符()的重载。代码如下：

truct analyzeini{
    string strsect;
    strMap *pmap;
    analyzeini(strMap & strmap):pmap(&strmap){}
    void operator()( const string & strini)
    {
        int first =strini.find('[');
        int last = strini.rfind(']');
        if( first != string::npos && last != string::npos && first != last+1)
        {
            strsect = strini.substr(first+1,last-first-1);
            return ;
        }
        if(strsect.empty())
            return ;
        if((first=strini.find('='))== string::npos)
            return ;
        string strtmp1= strini.substr(0,first);
        string strtmp2=strini.substr(first+1, string::npos);
        first= strtmp1.find_first_not_of(" \t");
        last = strtmp1.find_last_not_of(" \t");
        if(first == string::npos || last == string::npos)
            return ;
        string strkey = strtmp1.substr(first, last-first+1);
        first = strtmp2.find_first_not_of(" \t");
        if(((last = strtmp2.find("\t#", first )) != string::npos) ||
            ((last = strtmp2.find(" #", first )) != string::npos) ||
            ((last = strtmp2.find("\t//", first )) != string::npos)||
            ((last = strtmp2.find(" //", first )) != string::npos))
        {
            strtmp2 = strtmp2.substr(0, last-first);
        }
        last = strtmp2.find_last_not_of(" \t");
        if(first == string::npos || last == string::npos)
            return ;
        string value = strtmp2.substr(first, last-first+1);
        string mapkey = strsect + MIDDLESTRING;
        mapkey += strkey;
        (*pmap)[mapkey]=value;
        return ;
    }
};

这里大量使用了字符串的查找和字串功能。string的find_last_of系列和find系列，功能确实十分强大。所有在string中没有找到都会返回一个变量string::npos。

函数先找sectiong，然后分离key值和value值。符合要求的，把section和key值通过中间加上MIDDLESTRING组成一个新的string，插入map中。这里值得注意的是：

• for_each的使用，结构可以传递参数。
• string的查找函数及返回值
• string的链接和合并函数。
• map的下标操作符的使用。

具体使用

把所有代码放在一个头文件中，以后别人使用的时候，只需要包含头文件就可以了，点击查看inifile.h文件。在使用的过程中，注意判断返回值。使用代码如下：

#include <iostream>
#include "inifile.h"
using namespace std;
int main()
{
    IniFile ini;
    if(!ini.open("test.ini"))
       return -1;
    string strvalue = ini.read("sect1","key1");
    if(strvalue.empty())
        return -1;
    else
        cout<<"value="<<strvalue<<endl;
    return 0;
}    

Center of STL Study

tr1::function < void(const record_set&) >  on_completion =
tr1::bind(tr1::mem_fn(&grid::display_data), this, _1);

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