C++解析(18)：C++标准库与字符串类

0.目录

1.C++标准库

2.字符串类

3.数组操作符的重载

4.小结

1.C++标准库

有趣的重载——操作符 << 的原生意义是按位左移，例：1 << 2;，其意义是将整数1按位左移2位，即0000 0001 ——> 0000 0100

重载左移操作符，将变量或常量左移到一个对象中！

重载左移操作符：

#include <stdio.h>

const char endl = '
';

class Console
{
public:
    Console& operator << (int i)
    {
        printf("%d", i);
        
        return *this;
    }
    Console& operator << (char c)
    {
        printf("%c", c);
        
        return *this;
    }
    Console& operator << (const char* s)
    {
        printf("%s", s);
        
        return *this;
    }
    Console& operator << (double d)
    {
        printf("%f", d);
        
        return *this;
    }
};

Console cout;

int main()
{
    cout << 1 << endl;
    cout << "Hello World!" << endl;
    
    double a = 0.1;
    double b = 0.2;
    
    cout << a + b << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
1
Hello World!
0.300000

C++标准库：

• C++标准库并不是C++语言的一部分
• C++标准库是由类库和函数库组成的集合
• C++标准库中定义的类和对象都位于std命名空间中
• C++标准库的头文件都不带.h后缀
• C++标准库涵盖了C库的功能

C++编译环境的组成：

C++标准库预定义了多数常用的数据结构：

使用C++标准库：

#include <iostream>
#include <cmath>

using namespace std;

int main()
{
    cout << "Hello world!" << endl;
    
    double a = 0;
    double b = 0;
    
    cout << "Input a: ";
    cin >> a;
    
    cout << "Input b: ";
    cin >> b;
    
    double c = sqrt(a * a + b * b);
    
    cout << "c = " << c << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
Hello world!
Input a: 3
Input b: 4
c = 5

2.字符串类

历史遗留问题：

• C语言不支持真正意义上的字符串
• C语言用字符数组和一组函数实现字符串操作
• C语言不支持自定义类型，因此无法获得字符串类型

解决方案：

• 从C到C++的进化过程引入了自定义类型
• 在C++中可以通过类完成字符串类型的定义

C++中的原生类型系统是否包含字符串类型？
标准库中的字符串类：

• C++语言直接支持C语言的所有概念
• C++语言中没有原生的字符串类型

C++标准库提供了string类型：

• string直接支持字符串连接
• string直接支持字符串的大小比较
• string直接支持子串查找和提取
• string直接支持字符串的插入和替换

示例——使用字符串类：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

void string_sort(string a[], int len)
{
    for(int i=0; i<len; i++)
    {
        for(int j=i; j<len; j++)
        {
            if( a[i] > a[j] )
            {
                swap(a[i], a[j]);
            }
        }
    }
}

string string_add(string a[], int len)
{
    string ret = "";
    
    for(int i=0; i<len; i++)
    {
        ret += a[i] + "; ";
    }
    
    return ret;
}

int main()
{
    string sa[6] = 
    {
        "Hello World",
        "C#",
        "Java",
        "C++",
        "Python",
        "TypeScript"
    };
    
    string_sort(sa, 6);
    
    for(int i=0; i<6; i++)
    {
        cout << sa[i] << endl;
    }
    cout << endl;
    
    cout << string_add(sa, 6) << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
C#
C++
Hello World
Java
Python
TypeScript

C#; C++; Hello World; Java; Python; TypeScript;

字符串与数字的转换——标准库中提供了相关的类对字符串和数字进行转换。
字符串流类（sstream）用于string的转换：

• <sstream> —— 相关头文件
• istringstream —— 字符串输入流
• ostringstream —— 字符串输出流

使用方法（string ——> 数字）：

istringstream iss("123.45");
double num;
iss >> num;

使用方法（数字 ——> string）：

ostringstream oss;
oss << 543.21;
string s = oss.str();

示例——字符串与数字的转换：

#include <iostream>
#include <sstream>
#include <string>

using namespace std;

#define TO_NUMBER(s, n) (istringstream(s) >> n)
#define TO_STRING(n) (((ostringstream&)(ostringstream() << n)).str())

int main()
{
    double n = 0;
   
    if( TO_NUMBER("234.567", n) )
    {
        cout << n << endl;    
    }

    string s = TO_STRING(12345);

    cout << s << endl;     
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
234.567
12345

面试题分析——字符串循环右移
示例：abcdefg循环右移3位后得到efgabcd

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

string operator >> (const string& s, unsigned int n)
{
    string ret = "";
    unsigned int pos = 0;
    
    n = n % s.length();
    pos = s.length() - n;
    ret = s.substr(pos); // s.substr(4) ==> efg
    ret += s.substr(0, pos); // s.substr(0, 4) ==> abcd
    
    return ret;
}

int main()
{
    string s = "abcdefg";
    string r = (s >> 3);
    
    cout << r << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
efgabcd

3.数组操作符的重载

string类对象还具备C方式字符串的灵活性吗？还能直接访问单个字符吗？

字符串类的兼容性：

• string类最大限度的考虑了C字符串的兼容性
• 可以按照使用C字符串的方式使用string对象

示例：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

int main()
{
    string s = "a1b2c3d4e";
    int n = 0;
        
    for(int i = 0; i<s.length(); i++)
    {
        if( isdigit(s[i]) )
        {
            n++;
        }
    }
    
    cout << n << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
4

类的对象怎么支持数组的下标访问？

重载数组访问操作符：

• 数组访问符是C/C++中的内置操作符
• 数组访问符的原生意义是数组访问和指针运算

数组访问操作符（[]）：

• 只能通过类的成员函数重载
• 重载函数能且仅能使用一个参数
• 可以定义不同参数的多个重载函数

示例：

#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

class Test
{
    int a[5];
public:
    int& operator [] (int i)
    {
        return a[i];
    }
    
    int& operator [] (const string& s)
    {
        if( s == "1st" )
        {
            return a[0];
        }
        else if( s == "2nd" )
        {
            return a[1];
        }
        else if( s == "3rd" )
        {
            return a[2];
        }
        else if( s == "4th" )
        {
            return a[3];
        }
        else if( s == "5th" )
        {
            return a[4];
        }
        
        return a[0];
    }
    
    int length()
    {
        return 5;
    }
};

int main()
{
    Test t;
    
    for(int i=0; i<t.length(); i++)
    {
        t[i] = i;
    }
    
    for(int i=0; i<t.length(); i++)
    {
        cout << t[i] << endl;
    }
    
    cout << t["5th"] << endl;
    cout << t["4th"] << endl;
    cout << t["3rd"] << endl;
    cout << t["2nd"] << endl;
    cout << t["1st"] << endl;
    
    return 0;
}

运行结果为：

[root@bogon Desktop]# g++ test.cpp
[root@bogon Desktop]# ./a.out 
0
1
2
3
4
4
3
2
1
0

4.小结

• C++标准库是由类库和函数库组成的集合
• C++标准库包含经典算法和数据结构的实现
• C++标准库涵盖了C库的功能
• C++标准库位于std命名空间中
• 应用开发中大多数的情况都在进行字符串处理
• C++中没有直接支持原生的字符串类型
• 标准库中通过string类支持字符串的概念
• string类支持字符串和数字的相互转换
• string类的应用使得问题的求解变得简单
• string类最大限度的兼容了C字符串的用法
• 数组访问符的重载能够使得对象模拟数组的行为
• 只能通过类的成员函数重载数组访问符
• 重载函数能且仅能使用一个参数