第三章:字符串、向量和数组

  • stringvector是两类最重要的标准库类型,strng表示可变长的字符序列,vector存放某种给定类型对象的可变长序列。
  • 迭代器是string和vector的配套类型,常被用于访问string的字符或vector的元素。
  • 内置数组是更基础的类型,string和vector都是对它的抽象。
  • 内置类型是由C++语言直接定义的,体现了大多数计算机硬件本身具备的能力。标准库定义了另一组具有更高级性质的类型。

命名空间的using声明

  • 域操作符:::编译器从操作符左侧名字所示的作用域中寻找右侧的名字。
  • 使用using声明就不需要每次指定命名空间就能使用一个名字,形如using namespace::name;,这样以后可直接使用name
  • 每个using引入一个名字,因此每个名字都必须有自己的using
  • 由于头文件的代码会被拷贝到引用它的文件中,故头文件的代码不应使用using

标准库类型string

  • string是标准库类型,表示可变长字符序列,定义在头文件string和命名空间std中。

定义和初始化string对象

  • 如何初始化类的对象是由类本身定义。
  • 例子:string的初始化
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string s1;          //默认初始化,为空字符串
string s2(s1);      //直接初始化,s2是s1的副本
string s2=s1;       //拷贝初始化,s2是s1的副本,等价于上一行
string s3("hiya");  //直接初始化,初始化为字面值常量
string s3="hiya";   //拷贝初始化,初始化为字面值常量,等价于上一行
string s4(10,'c');  //直接初始化,初始化为10个字符'c'

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  • 直接初始化:不用等号,而用括号初始化变量。调用构造函数
  • 拷贝初始化:用等号初始化变量。调用重载的赋值运算符
  • 可以先用直接初始化构造临时量,然后拷贝初始化string s=string(10,'c');

string对象上的操作

  • 类既能定义通过函数名调用的操作(成员函数),又能定义<<+等各种运算符在该类对象上的新含义(重载运算符)。下表列举string对象可进行的大多数操作: tab_3_2
  • 从iostream中读取string:用>>读取时,string对象忽略开头的空白(包括空格、换行、制表符等),从第一个真正的字符读起,直到下一处空白为止。
  • string对象的<<>>也是返回运算符左侧的iostream对象。
  • 如要在iostream中读取时保留空白,需用getline函数,该函数从iostream中读取内容,直到遇到换行(换行也被读入),然后把读到的内容存入string对象(不存换行符)。
  • getline也返回它的iostream,故也可作为while的条件。
  • empty函数根据string对象是否为空返回一个bool
  • size函数返回string对象的长度(字符数)
  • size函数返回的类型是string::size_type(可用decltype得到),它是无符号类型,且能放下任何string对象的大小。(attention:不能将size与int等有符号类型混合计算)
  • ==!=验证两字符串内容是否完全相同,<<=>>=比较两字符串的字典顺序(大小写敏感)
  • =进行string对象的拷贝和赋值
  • +拼接两string对象,也可拼接一个string对象和一个字符串字面值(类型转换),但不能拼接两个字符串字面值。因为string和字符串字面值是不同的类型

处理string对象中的字符

  • cctype头文件中定义了一组函数用于处理字符,如下表: tab_3_3
  • C++标准库兼容了C标准库,C中命名为name.h的头文件,在C++中被命名为cname,它们内容一样,但cname中的名字属于命名空间stdname.h中的名字不属于任何命名空间。(所以最好不要用C标准库)
  • 范围for语句:用for(declaration:expression)遍历给定序列的每个元素。其中expression是一个序列,declaration定义一个变量,用于访问序列中的元素,常用auto。
  • 使用范围for时,如果要改变序列中元素的值,必须把循环变量定义为引用类型。
  • 例子:范围for中改变元素
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string s("hello,world!");
for(auto &c:s)  //要改变序列中的元素,必须声明为引用类型
    c=toupper(c);
cout<<s<<endl;
  • 访问string对象中的单个字符有两种方式:下标迭代器
  • 下标运算符[]接受string::size_type(unsigned)类型的值,返回该位置上字符的引用(因此可修改字符)。若给索引提供signed值,会转为string::size_type表示的unsigned
  • 例子:用下标迭代
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for(decltype(s.size()) index=0;             //用decltype推出string::size_type类型
    index!=s.size() && !isspace(s[index]);  //逻辑与,只有左侧为真时才检查右侧。故能保证下标合理时才访问
    ++index)
{s[index]=toupper(s[index]);}

标准库类型vector

  • vector表示对象的集合,所有对象的类型都相同。
  • 由于vector容纳着其他对象,故称为容器
  • vector是一个类模板。C++中有类模板函数模板。模板本身不是类或函数,可将模板看作为编译器生成类或函数的一份说明。编译器根据模板创建类或函数的过程称为实例化
  • 由模板生成类或函数时,必须指定类型
  • 在C++11之前,元素为vector的vector对象,模板变量里必须有空格
  • 例子:根据模板vector声明对象
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vector<int> ivec;               //元素是int型对象
vector<Sales_item> Sales_vec;   //元素是Sales_item类型的对象
vector<vector<string>> file;    //元素是vector<string>类型的对象
vector<vector<string> > file;   //C++11之前的写法,元素是vector<string>类型的对象

定义和初始化vector对象

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  • vector的初始化方法有直接初始化、拷贝初始化、列表初始化
  • 通常创建vector对象的方法是:先默认初始化得到一个空vector,再向其中添加元素
  • 列表初始化:用花括号{}括起来的0个或多个元素赋值给vector对象。
  • 值初始化:可以只提供vector的元素数量而不提供初始值。此时元素都会被值初始化。如果元素是内置类型,会被置为0,如果元素是类类型,由类默认初始化(有些类不支持默认初始化,这时vector也无法初始化)。
  • 初始化的真实含义依赖于传参时用圆括号还是花括号。圆括号是构造,花括号是列表初始化。但当花括号无法初始化时,会尝试将花括号代替为圆括号。
  • 例子:vector构造和列表初始化
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vector<int> v1(10);         //有10个元素,都是0
vector<int> v2{10};         //有1个元素,值是10
vector<int> v3(10,1);       //有10个元素,都是1
vector<int> v4{10,1};       //有2个元素,分别是10和1
vector<string> v5{"hi"};    //有1个元素,是字符串"hi"
vector<string> v6("hi");    //错,不能用字符串字面值构造vector
vector<string> v7{10};      //不能列表初始化,转为构造。有10个元素,都是空字符串
vector<string> v8{10,"hi"}; //不能列表初始化,转为构造。有10个元素,都是"hi"

向vector对象中添加元素

  • push_back函数:把一个对象当vector的尾元素压入vector尾端
  • 实际上,建立空对象再向其中push_back非常高效,比创建时确定大小之后再修改的方式更快。
  • 范围for循环体内不应该改变其遍历序列的大小

其他vector操作

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  • vector的size方法返回该vector的元素数量,类型是vector<type>::size_type类型。使用size_type时,需首先指定是哪种类型的size_type。
  • 只有元素类型可比较时才能将vector按字典顺序比较。
  • 对vector索引时,下标类型是相应的size_type类型
  • 不能用下标添加元素,用下标访问不存在的元素会引发错误(编译不报错),例如缓冲区溢出
  • 确保访问元素有效的方法之一是使用范围for

迭代器介绍

  • 迭代器比下标访问更通用。所有标准库容器都支持迭代器,但只有几种支持下标。
  • string对象不属于容器,但操作上和容器很接近
  • 迭代器提供了对元素对象的间接访问,类似于指针。其对象是容器中的元素,或string中的字符
  • 有效的迭代器或者指向某个元素,或者指向尾元素的下一位置,其他都是无效。

使用迭代器

  • 有迭代器的类型都配套有返回迭代器的成员。其中begin方法返回指向首元素的迭代器,end方法返回指向尾元素的下一位置(尾后)的迭代器。空容器的begin()和end()返回同一迭代器。
  • 从函数中返回迭代器时,类型用auto,不用管迭代器的类型。 tab_3_6
  • 可用解引用符*访问迭代器指向的元素,类似指针。试图解引用无效或尾后迭代器都是未定义。
  • 对迭代器使用++可移动到下一个元素,它们是逻辑上先后的关系,空间上不一定相邻。
  • ++--==!=来进行遍历操作,因为这些操作在所有容器的迭代器上都有效。而索引和<>等操作符在大多数容器的迭代器中未定义。
  • 迭代器的类型是相应容器类型的iteratorconst_iterator,前者可读可写,后者只能读。类型书写如vector<int>::iterator。每个容器都定义了一个名为iterator的类型。
  • 如果容器内对象为常量,则beginend返回const_iterator迭代器,否则返回iterator迭代器
  • cbegin方法cend方法对任何容器都返回const_iterator迭代器
  • 通过迭代器调用元素对象的成员时,使用诸如(*it).function(),括号必不可少,不然it先取成员再解引用。
  • 通过迭代器调用元素对象的成员时,亦可使用简化的->操作符,它将解引用和取成员两个操作结合,it->function()等价于(*it).function()
  • 任何可能改变容器容量的操作,如push_back,都会使容器的迭代器失效。

迭代器运算

  • stringvector是顺序存储,故它们的迭代器支持更多的操作,如迭代器运算,这些操作可使迭代器每次移动跨越多个元素,也可对迭代器比较大小。 tab_3_7
  • 可使迭代器和整数值相加减,返回值是向前或向后移动若干位置的迭代器。
  • 可使用关系运算符>>=<<=对迭代器比较大小
  • 将迭代器相减,结果是两迭代器的距离,指的是右侧迭代器向前移动多少位置能和左侧迭代器重合,距离可正可负。其类型是容器类型对应的difference_type,是signed的整型数。

数组

  • 数组也是存放类型相同的对象的容器,这些对象本身没有名字,通过在数组中的位置访问。
  • 数组大小确定不变,不能增加元素。性能比vector等容器更好。

定义和初始化内置数组

  • 数组是一种复合类型,声明形如int a[d];,其中a是数组名,d是数组大小。数组大小也是类型的一部分,在编译时应该已知,必须是常量表达式
  • 默认情况下,数组元素被默认初始化
  • 定义数组时应手动写出类型,不可用auto,但可用decltype
  • 可对数组做列表初始化,此时不用手动指定大小,列表长度就是数组大小。如果手动指定大小,大小只能大于或等于初值列表大小,用初值列表初始化靠前元素,其后的默认初始化。
  • 字符数组比较特殊,可用字符串字面值初始化,且不需手动指定大小,此时会在最后加上空字符。
  • 例子:字符数组初始化
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char a1[]={'C','+','+'};        //列表初始化,无空字符
char a1[]={'C','+','+','\0'};   //列表初始化,有空字符
char a3[]="C++";                //字符串字面值初始化,有空字符
const char a4[6]="Daniel";      //错,没有空间放空字符了
  • 不能将数组拷贝给其他数组作为初值,也不能用数组为数组赋值。因为数组名是首元素地址,不能代表整个数组。有些编译器扩展可能支持数组的拷贝,尽量不使用。
  • 解读带数组的声名符:从内向外,从右向左
  • 例子:指针数组数组指针数组引用的声明
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int arr[10];
int *ptrs[10];          //指针的数组。是长度为10的数组,元素是指针,指向int型
int &refs[10]=/*?*/     //错,引用不是对象,不存在引用的数组
int (*Parray)[10]=&arr; //数组的指针。是指针,指向长度为10的数组,元素是int型
int (&arrRef)[10]=arr;  //数组的引用。是引用,引用长度为10的数组,元素是int型
int *(&arry)[10]=ptrs;  //指针数组的引用。是引用,引用长度为10的数组,元素是指针,指向int型

访问数组元素

  • 数组元素可用范围for或下标访问
  • 使用数组下标时,将其定义为size_t型,它是一种机器相关的unsigned类型,它足够大以表示内存中任意对象的大小,定义于cstddef头文件中。
  • 数组的下标类型由C++语言定义,vector等容器的下标类型由标准库定义。

指针和数组

  • 使用数组名的时候,编译器一般会将其转换为指向首元素的指针。
  • 对数组元素用取地址符&能手动得到其指针
  • 当数组名作为auto变量初值时,推出的类型是指针而非数组,效果相当于对首元素取地址再给初值。但用decltype时,得到的是数组类型。
  • 指针也是迭代器,string和vector的迭代器支持的运算都可被数组指针支持。
  • beginend得到数组的首元素指针和尾后指针,这两个函数定义于iterator头文件中。由于数组不是类,故它们也不是成员方法
  • 两指针相减的结果类型是ptrdiff_t,定义于cstddef头文件,是一种signed类型。
  • 指针运算与下标:表达式*(ia+4)计算指针ia前进4个元素后的新地址并解引用,等价于ia[4]
  • 指针可使用下标。实际上,对数组使用下标,其实是对首元素指针使用下标。此时编译器将数组名转为首元素指针,再对指针使用下标。
  • 标准库内的迭代器下标必须为unsigned,但指针的下标是C++内置,可以处理负值,即指针可接受signed下标

C风格字符串

  • C风格字符串不是一种类型,而是为了表达和使用字符串而形成的一种约定俗成的写法。按此习惯书写的字符串存在字符数组中且以空字符结束。一般用字符指针操作它们。
  • 一些操作C风格字符串的函数被定义在cstring头文件中,传入这些函数的是字符指针,必须指向以空字符作为结束的数组。对这些函数而言,空字符是字符串结束的标志。 tab_3_8
  • 由于C风格字符串是字符指针,故:
    • ==比较string对象,但只能用strcmp函数比较C风格字符串
    • +拼接string对象,但只能用strcat函数拼接C风格字符串
    • =拷贝string对象,但只能用strcpy函数拼接C风格字符串
  • 对于strcat和strcpy,需提供存放结果的空间,并由程序员确保此空间不会溢出。
  • 用标准库的string对象比C风格字符串更安全

与旧代码的接口

  • 任何可出现字符串字面值的地方都可用C风格字符串(空字符结束的字符数组)替代,例如构造string、使用string的运算符时
  • 如果程序需要C风格字符串,不能直接用string对象代替。应该用string对象的c_str方法返回它对应的C风格字符串,且指针类型是const char *,保证不会改变string的内容。
  • 不允许用数组初始化另一个数组,不允许用vector对象初始化数组,但允许用数组初始化vector对象。更进一步,可以用一对迭代器初始化vector对象。
  • 例子:用数组的一对迭代器初始化vector对象
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int int_arr={0,1,2,3,4,5};
vector<int> ivec(begin(int_arr),end(int_arr)); //用数组的一对迭代器初始化vector对象
  • 尽量用vector和迭代器,不要用数组和指针
  • 尽量用string,不要用C风格字符串

多维数组

  • C++语言并无多维数组,多维数组是数组的数组
  • 对于二维数组而言,第一个维度为,第二个维度为
  • 可对数组用列表初始化,花括号可嵌套也可不嵌套。因为数组连续存储
  • 例子:多维数组的定义、绑定一行
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int ia[3][4]={0,1,2,3,4,5,6,7}; //ia是3元素数组,每个元素是4元素数组,ia三行四列。将前两行初始化,第三行默认初始化
int ib[3][4]={{0},{4},{8}};     //ib是3元素数组,每个元素是4元素数组,ia三行四列。将第一列初始化,其余元素默认初始化
int (&row)[4]=ia[1]             //row是引用,引用一个4元素数组,其元素类型为int,被初始化为ia的第二行
  • 如果要用范围forauto处理多维数组,除了最内层循环,其他所有循环的auto类型都应该是引用。
  • 例子:范围for语句处理多维数组
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// 修改元素
size_t cnt=0;
for(auto &row:ia){      //遍历行,外层循环声明为引用的原因是避免数组被auto为指针
    for(auto &col:row){ //遍历列,内层循环声明为引用的原因是要修改元素
        col=cnt;        //修改元素
        ++cnt;
    }
}
// 打印元素
for(const auto &row:ia) //避免数组被auto为指针
    for(auto col:row)   //最内层循环是元素不是数组,不存在被auto为指针的问题
        cout<<col<<endl;
// 错误例子
for(auto row:ia)        //ia被auto为指针类型
    for(auto col:row)   //错,指针不可遍历
posted @ 2021-01-15 09:50  Updown_h  阅读(165)  评论(0编辑  收藏  举报