C++ basic_string（字串類別範本）詳解

"字元" 本身是個有趣的抽象概念。例如，在紙上或者螢幕上，字元 "C" 僅僅是一段曲線而已。在計算機中，用一個 8 Byte 儲存該字元，並賦值 67；字元 "C" 還是拉丁字母的第三個字母；在化學專業，字元 "C" 是原子碳的縮寫形式；在計算機學科中，字元 "C" 又被用來表示一種程式設計語言的名字。

目前，在計算機領域，字元集合是在字元與整數值之間的一種對映關係。

C++ 程式設計師通常假定能夠使用美國字元集（ASCII），但 C++ 允許程式設計師缺少某些字元的可能性。如果在程式開發過程中，原始碼含有 ASCII 裡所沒有的字元，這是比較麻煩的，許多語言（例如中文、丹麥文、法文、冰島文、日文）無法用 ASCII 中的字元正常寫出來，即使擴充到 16 位字元集，也無法將人類所知的所有字元放在同一字元集中。據說已經出現的 32 位字元集能儲存每一個字元，但因字元數量龐大，不便於使用，尚未得到推廣。

C++ 語言允許程式設計師使用任何字元集作為字串的字元，也允許程式設計師使用擴充字元集或可移植的數值編碼。從原則上講，字串能以任何（帶有正確的複製操作）型別作為其字元型別。標準字串類 string 要求其中的字元不能包含使用者自定義複製操作，有助於字串 I/O 的簡化與高效率。

字元型別的性質是由字元特徵類（char_traits）定義的。字元特徵類是下述模板的特例：

template <class Ch> struct char_traits { }

所有字元特徵類均定義在名稱空間 std 中，標準的字元特徵類由標頭檔案 <String> 給出。通用字串特徵類 char_traits 本身不具有任何屬性，只有針對特定字元型別的專門 char_traits 才具有屬性。

標準字串模板的範例類 basic_string 依賴於諸多型別和函數。若一個型別作為 basic_string 字元型別，必須提供支援上述功能的字元特徵類（char_traits）。

C++ 的字串模板範例化類 basic_string 中，還集合了大量的字串處理常式，與標準容器類似。該類別範本的宣告如下：

template <class Ch, class Tr = char_traits <Ch>, class A=allocator <Ch>> class std::basic_string
{
    public:
    ...
}

在上述模板宣告中，第一個引數（class Ch）是說明單個字元（Ch）所屬型別（class）。

第二個引數（class Tr = char_traits <Ch>）是特性類別，用以提供字串類別中的所有字元核心操作。該特性類別規定了“複製字元”或“比較字元”的做法；如果不指定該特性類別，系統會根據現有的字元型別採用預設的特性類別。

第三個引數帶有預設值（class A = allocator<Ch>），用以定義字串類別所採用的記憶體模式，通常設定為“預設記憶體模型 allocator”。該模板及其相關功能都定義在名稱空間 std 中，由標頭檔案 <string> 給出，其中包含了兩個定義型別，可以為最常用的串型別提供便於使用的名稱，即 C++ STL 提供了兩個 basic_string<> 範例化版本：

typedef basic_string <char> string;
typedef basic_string <wchar> wstring;

其中，wstring 類是為了便於使用寬字元集，例如 Unicode 或某些歐洲字元集。但所有字串型別均使用相同介面，其用法和問題是相同的。在本教學中，仍以 string 表示任何字串型別。

basic_string 和 vector 類似，而 basic_string 還提供典型的字串操作，例如子串檢索。basic_string 沒有提供一組完整的操作函數。通常 string 不能直接使用陣列或者 vector，為了更好地支援 string 的常見應用，程式設計師在實現過程中需要盡量減少複製。尤其對於較短的字串，不應使用自由儲存空間，但允許對較長的字串進行簡單修改。

basic_string<T> 沒有虛擬函式，這點和其他標準庫型別一致。當需要設計更複雜的文書處理類時，可考慮用它加以實現。

與其他標準容器相似，basic_string 提供了一組成員型別名，程式設計師能使用這些與串相關的型別。例如：

typedef Tr traits_type;
typedef typename Tr::char_type value_type
typedef A allocator_type
……

basic_string 除支援最簡單的 basic_string <char> 之外，還支援許多不同種類的字串，例如：

typedef basic_string <unsigned char> Ustring;
tyepdef basic_string <Jchar> Jstring; //日文字串

無論如何定義字串，模板 basic_string 的大量函數均可便捷地使用。模板 basic_string<Ch> 能夠存放集合 Ch 中的任何字元，特別是 string 中的 '0'。"字元型別" Ch 的行為必須像字元，但它不能包含使用者確定的複製建構函式、解構函式和複製賦值。

雖然字串類 string 包含了諸多的成員和函數，但個別功能沒能夠實現，例如正規表示式和較複雜的文字處理功能。

總體而言，string 類似的字串操作逐漸變得簡單了。程式設計師可以定義 string 型別的物件、string 類的過載操作符和成員函數，這使字串操作變得非常容易。