C/C++字符串处理(3)：String ADT - 字符串只是抽象数据类型

C/C++字符串处理(3)：String ADT - 字符串只是抽象数据类型

许式伟
2008-3-26

概要

字符串是什么？我们认为，与其说它是一个类，不如说它只是一个ADT（抽象数据类型）。

目前C++中的字符串类

目前广泛采用的C++字符串类有二：std::string（basic_string，由STL提供）、CString（由MFC或者WTL提供）。它们的实现非常类似，都是带引用计数的、基于线性数据结构的字符串。不过SGI STL的Rope打破了这个规矩。它采用了一种基于树结构的组织方式来实现字符串。

如何理解字符串只是ADT？

我们知道，基于值的容器主要有：

动态数组（std::vector）

双向链表（std::list）

单向链表（std::slist，非STL标准）

双向队列（std::deque）

std::deque其实是分段连续的、介于数组和链表之间的数据结构。这里不进行详细介绍，关于std::deque的介绍，请参见这里。

这些容器都可以成为实现字符串的基础容器。例如，我们的StringBuilder基于std::vector实现；我们的TextPool基于std::deque实现。

也许你有疑问：是的，基于std::vector或者std::deque可以理解，但是，这世上有基于链表的字符串吗？然而世界之大，确实无奇不有。据“不完全”统计，多数函数式语言（如Erlang）确实采用单向链表实现字符串。

无论采用什么具体的实现，最后我们都会尽力去提供一个一致的字符串操作界面。所以，从这个意义上说，字符串只是一个ADT（抽象数据类型），它可以有多种实现，使用者按照具体的需求选择一种最合适自己用况的字符串类。

字符串操作界面

在StdExt库中，字符串这个ADT的规格定义如下：

常字符串

不可变的字符串类，应该至少包含以下方法：

template <class _E>
concept ConstString
{
public:
    typename value_type;
    typename size_type, difference_type;
    typename reference, const_reference;
    typename iterator, const_iterator;
 
public:
    iterator begin() const;
    iterator end() const;
 
    reverse_iterator rbegin() const;
    reverse_iterator rend() const;
 
    const_reference at(size_type i) const;
    const_reference operator[](size_type i) const;
 
    size_type size() const;
    bool empty() const;
 
    basic_string<_E> stl_str() const; // 转为STL string
 
public:
    // 取字符串的字串
 
    template <class AllocT>
    BasicString<_E> substr(
        AllocT& alloc, size_type from = 0, size_type count = (size_type)-1) const;
 
public:
    // 在字符串中查找子串（正向查找）。
 
    iterator find(const TempString<_E> pattern, iterator from = begin()) const;
    iterator find(const _E* pattern, size_type len, iterator from = begin()) const;
 
public:
    // 在字符串中查找子串（反向查找）。
 
    iterator rfind(const TempString<_E> pattern, iterator from = begin()) const;
    iterator rfind(const _E* pattern, size_type len, iterator from = begin()) const;
 
public:
    // 查找某个集合中的字符在字符串中第一次出现的位置（正向查找）。
 
    iterator find_first_of(
        const TempString<_E> pattern, iterator from = begin()) const;
 
    iterator find_first_of(
        const _E* pattern, size_type len, iterator from = begin()) const;
 
public:
    // 查找某个集合中的字符在字符串中第一次出现的位置（反向查找）。
 
    reverse_iterator find_last_of(
        const TempString<_E> pattern, reverse_iterator from = rbegin()) const;
 
    reverse_iterator find_last_of(
        const _E* pattern, size_type len, reverse_iterator from = rbegin()) const;
 
public:
    // 在字符串中查找不在集合中出现的第一个字符的位置（正向查找）。
 
    iterator find_first_not_of(
        const TempString<_E> pattern, iterator from = begin()) const;
 
    iterator find_first_not_of(
        const _E* pattern, size_type len, iterator from = begin()) const;
 
public:
    // 在字符串中查找不在集合中出现的第一个字符的位置（反向查找）。
 
    reverse_iterator find_last_not_of(
        const TempString<_E> pattern, reverse_iterator from = rbegin()) const;
 
    reverse_iterator find_last_not_of(
        const _E* pattern, size_type len, reverse_iterator from = rbegin()) const;
 
public:
    // 比较两个字符串。
 
    int compare(const TempString<_E> b) const;
    int compare(const _E* b, size_type blen) const;
    int compare(size_type from, size_type count, const TempString<_E> b) const;
    int compare(size_type from, size_type count, const _E* b, size_type blen) const;
 
public:
    // 比较两个字符串（传入单字符的比较函数）。
 
    template <class _Compr>
    int compare_by(const TempString<_E> b, _Compr cmp) const;
 
    template <class _Compr>
    int compare_by(const _E* b, size_type blen, _Compr cmp) const;
 
public:
    // 比较两个字符串（忽略大小写）。
 
    int icompare(const TempString<_E> b) const;
    int icompare(const _E* b, size_type blen) const;
 
public:
    // 判断是否包含指定的串。
 
    bool contains(const TempString<_E> b) const;
    bool contains(const _E* b, size_type blen) const;
 
public:
    template <class LogT>
    void trace(LogT& log) const; // 在log中显示该字符串。
 
public:
    // 交换两个字符串
 
    void swap(ConstString& b);
}
 
template <class _E> // 比较两个字符串
bool operator<cmp>(const ConstString<_E>& a, const ConstString<_E>& b);
// 这里<cmp>是各种比较的算符，如==、!=、<、<=、>、>=等等。

关于这些方法的更详细说明，请参阅：

TempString

String

可变字符串（字符串操作类）

可变的字符串（字符串操作类）包含以上ConstString提供的所有方法，另外额外提供一些字符串修改相关的操作。一般来讲，可变的字符串至少满足以下规格：

template <class _E>
concept MutableString : public ConstString<_E>
{ 
public:
    // 清空字符串
 
    void clear();
 
public:
    // 赋值操作（这里进行了真正的复制）
 
    MutableString& assign(const TempString<_E> b);
    MutableString& assign(const value_type* pszVal, size_type cch);
    MutableString& assign(size_type count, value_type ch);
 
    template <class Iterator>
    MutableString& assign(Iterator first, Iterator last);
 
    MutableString& operator=(const TempString<_E> s);
 
public:
    // 字符串连接
 
    template <class Iterator>
    MutableString& append(Iterator first, Iterator last);
    MutableString& append(const TempString<_E> s);
    MutableString& append(const _E* s, size_type cch);
    MutableString& append(size_type cch, _E ch);
 
    MutableString& operator+=(const TempString<_E> s);
 
public:
    // 插入
 
    template <class Iterator>
    void insert(iterator it, Iterator first, Iterator last);
    void insert(iterator it, const TempString<_E> s);
    void insert(iterator it, const _E* s, size_type cch);
    void insert(iterator it, size_type cch, _E ch);
 
public:
    // 替换
 
    template <class Iterator>
    MutableString& replace(
        iterator first, iterator last,
        Iterator bfirst, Iterator blast);
 
    template <class _RandIterator>
    MutableString& replace(
        iterator first, iterator last, size_type count, _E ch);
 
    MutableString& replace(
        iterator first, iterator last, const _E* s, size_type cch);
 
    MutableString& replace(
        iterator first, iterator last, const TempString<_E> s);
};

当然，一个具体的字符串实现，会有其特殊支持的一些方法。这方面的详细资料，请参阅：

StringBuilder

TextPool