【C++】string的模拟实现
目录
一、std::swap和std::string::swap的区别
二、string的默认构造函数
1、构造函数
2、拷贝构造
3、赋值运算符重载
4、析构函数
三、string中的小接口
四、遍历接口的实现
1、对operator[]进行重载
2、迭代器
五、reserve和resize
六、插入删除查找相关接口
1、push_back、append、+=
2、insert和erase
3、find
七、流插入和流提取
八、模拟实现的string整体代码
一、std::swap和std::string::swap的区别
如果用std::swap交换两个string对象，将会发生1次构造和2次赋值，也就是三次深拷贝；而使用std::string::swap仅交换成员，代价较小。
二、string的默认构造函数
1、构造函数
string(const char* s = "")
{
_size = strlen(s);//_size和_capacity均不包含'\0'
_capacity = _size;
_arr = new char[_size + 1];
memcpy(_arr, s, _size + 1);
}构造函数用缺省值，能够满足空串的构造。
这里设计_size和_capacity均不包含'\0'。_arr的空间多new一个，用于储存'\0'。
再将形参的内存拷贝至_arr中，即可完成构造。
2、拷贝构造
写法1：老老实实的根据string对象的私有变量进行拷贝构造。
string(const string& s)
{
_size = s._size;//_size和_capacity均不包含'\0'
_capacity = s._capacity;
_arr = new char[_capacity + 1];
memcpy(_arr, s._arr, _capacity + 1);
}写法2：通过构造一个临时对象，将这个临时对象的私有变量全部和*this的私有变量交换。
注意拷贝构造需要先将_arr初始化为nullptr，防止后续tmp拿到随机地址。（tmp销毁将调用析构函数，对一块随机地址的空间进行析构程序将会崩溃）
void swap(string& s)
{
std::swap(_arr, s._arr);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string(const string& s)
:_arr(nullptr)//防止交换后tmp._arr为随机值，析构出错
{
string tmp(s.c_str());//构造
swap(tmp);
}3、赋值运算符重载
写法1：同样的老实人写法。这种写法要防止自己给自己赋值！
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)//防止自己给自己赋值
{
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
char* tmp = new char[_capacity + 1];
delete[] _arr;
_arr = tmp;
memcpy(_arr, s._arr, _capacity + 1);
}
return *this;
}写法2：通过构造临时变量tmp，完成赋值。这种写法无需担心自己给自己赋值的情况，并且_arr无需初始化为nullptr。
void swap(string& s)
{
std::swap(_arr, s._arr);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string& operator=(const string& s)
{
string tmp(s.c_str());//构造
swap(tmp);
return *this;
}4、析构函数
~string()
{
_size = _capacity = 0;
delete[] _arr;
_arr = nullptr;
}三、string中的小接口
//string的size()接口
size_t size()const//右const修饰*this，这样const和非const对象均可调用
{
return _size;
}
//string的c_str()接口
const char* c_str()const
{
return _arr;
}
//string的capacity()接口
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}
//string的clear()接口
void clear()
{
_arr[0] = '\0';
_size = 0;
}
//string的判空
bool empty()const
{
return _size == 0 ? false : true;
}如果函数形参不发生改变的，无脑加const修饰。
只有指针和引用会有const权限问题。
四、遍历接口的实现
1、对operator[]进行重载
char& operator[](size_t pos)//普通对象，可读可写
{
assert(pos < _size);
return _arr[pos];
}
const char& operator[](size_t pos)const//const对象，仅读
{
assert(pos < _size);
return _arr[pos];
}让字符串进行下标式的访问，需要重载两个operator[]函数，正常对象去调可读可写，const对象调用只读。
2、迭代器
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _arr;
}
iterator end()//end指向字符串的'\0'
{
return _arr + _size;
}string的迭代器是字符指针，写完迭代器就可以用迭代器实现访问、修改了。
范围for的底层也是一个迭代器，但是范围for底层只认begin()和end(),如果和自己实现的迭代器接口名称对不上，那么范围for将无法使用。
五、reserve和resize
//sring的reserve接口, 如果预开空间小于现有空间，将不会改变容量。
void reserve(size_t n = 0)
{
if (n + 1 > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
memset(tmp, '\0', n + 1);
memcpy(tmp, _arr, _size);
delete[] _arr;
_arr = tmp;
_capacity = n;
}
}
//sring的resize接口
void resize(size_t n, char c)
{
//判断n的大小
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
memset(_arr + _size, c, n - _size);
_size = n;
}
else
{
_arr[n] = '\0';
_size = n;
}
}reserve是扩容，可以用于预开空间，防止频繁的空间申请。申请一块n+1大小的空间，将该空间全部初始化'\0'，再将_arr中的数据拷贝至tmp中，释放_arr，_arr指向tmp。
在resize中需要考虑_size扩容和缩容的问题。
六、插入删除查找相关接口
1、push_back、append、+=
string& push_back(const char c)
{
//判断容量
if (_size == _capacity)
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;//防止出现空串的情况
reserve(newCapacity);
}
_arr[_size++] = c;
return *this;
}
string& append(const char* s)
{
//判断容量
size_t len = strlen(s);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_arr + _size, s);
_size += len;
return *this;
}
string& operator+=(const char c)
{
push_back(c);
return *this;
}
string& operator+=(const char* s)
{
append(s);
return *this;
}写push_back要考虑到原对象为空串的情况（即_capacity为0）。
+=可以复用push_back和append。
2、insert和erase
string& insert(size_t pos, char c)
{
assert(pos < _size);
//判断容量
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity + 1);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size; i > pos; --i)
{
_arr[i] = _arr[i - 1];
}
_arr[pos] = c;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
//判断容量
if (len + _size > _capacity)
{
reserve(len + _size);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size + len; i > pos + len - 1; --i)
{
_arr[i] = _arr[i - len];
}
memcpy(_arr + pos, s, len);
_size += len;
return *this;
}
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
//先判断删到底的情况
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_arr[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
memcpy(_arr + pos, _arr + pos + len, _size - pos - len);
_size -= len;
}
return *this;
}insert接口在挪动数据时，从最后一个元素的后一个（后len个）位置开始覆盖，可以保证不出现size_t 类型越界的情况。
erase接口，需要分类讨论字符串是否删到底。
注意，这个pos是const static成员，C++语法中，只有指针和整型的const static成员是可以在类中进行初始化的。
3、find
size_t find(const char c, size_t pos = 0)const
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
{
if (_arr[i] == c)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* s, size_t pos = 0)const
{
assert(pos < _size);
const char* p = strstr(_arr, s);
if (p != nullptr)
{
return _arr - p;
}
return npos;
}从指定位置找字符或字符串，找到了，返回第一个匹配字符/子串的下标。
七、流插入和流提取
//流插入和流提取的重载时为了自定义类型的输入输出
inline ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)//这里访问的到私有，所以可以不用写成友元函数
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)//流插入按照_size打印，c_str找到'\0'结束打印
{ //比如我在字符串中间插入一个'\0',打印结果不一样
out << s[i];
}
return out;
}
inline istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();//用之前先清空s
//in >> c;//流提取不会识别空格和换行
char c = in.get();
char buff[128] = { '\0' };//防止频繁扩容
size_t i = 0;
while (c != ' ' && c != '\n')
{
if (i == 127)
{
s += buff;
i = 0;
}
buff[i++] = c;
c = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}因为string提供了访问私有的接口，所以流插入和流提取可以不用重载成string类的友元函数。
对于流提取，如果频繁的尾插，会造成频繁扩容。而且C++的扩容和C语言的扩容不一样，C++使用new不能原地扩容，只能异地扩容，异地扩容就会导致新空间的开辟、数据的拷贝、旧空间释放。为了防止频繁扩容，我们可以创建一个可以存储128字节的数组，在这个数组中操作，这个数组满了就尾插至对象s中。
为什么不能用getline，而是要一个字符一个字符尾插呢？因为流提取遇到空格和'\n'会结束提取，剩余数据暂存缓冲区，如果是getline的话，遇到空格是不会停止读取的。
八、模拟实现的string整体代码
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include
#include
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;
using std::ostream;
using std::istream;
namespace jly
{
class string
{
public:
void swap(string& s)
{
std::swap(_arr, s._arr);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
//构造函数
string(const char* s = "")
{
_size = strlen(s);//_size和_capacity均不包含'\0'
_capacity = _size;
_arr = new char[_size + 1];
memcpy(_arr, s, _size + 1);
}
//拷贝构造
//写法1
//string(const string& s)
//{
// _size = s._size;//_size和_capacity均不包含'\0'
// _capacity = s._capacity;
// _arr = new char[_capacity + 1];
// memcpy(_arr, s._arr, _capacity + 1);
//}
//写法2
string(const string& s)
:_arr(nullptr)//防止交换后tmp._arr为随机值，析构出错
{
string tmp(s.c_str());//构造
swap(tmp);
}
//赋值运算符重载
//写法1
//string& operator=(const string& s)
//{
// if (this != &s)//防止自己给自己赋值
// {
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
// char* tmp = new char[_capacity + 1];
// delete[] _arr;
// _arr = tmp;
// memcpy(_arr, s._arr, _capacity + 1);
// }
// return *this;
//}
//写法2
string& operator=(const string& s)
{
string tmp(s.c_str());//构造
swap(tmp);
return *this;
}
//析构函数
~string()
{
_size = _capacity = 0;
delete[] _arr;
_arr = nullptr;
}
//string的size()接口
size_t size()const//右const修饰*this，这样const和非const对象均可调用
{
return _size;
}
//string的c_str()接口
const char* c_str()const
{
return _arr;
}
//string的capacity()接口
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}
//string的clear()接口
void clear()
{
_arr[0] = '\0';
_size = 0;
}
//string的判空
bool empty()const
{
return _size == 0 ? false : true;
}
//对operator[]进行重载
char& operator[](size_t pos)//普通对象，可读可写
{
assert(pos < _size);
return _arr[pos];
}
const char& operator[](size_t pos)const//const对象，仅读
{
assert(pos < _size);
return _arr[pos];
}
//迭代器
typedef char* iterator;
iterator begin()const
{
return _arr;
}
iterator end()const//end指向字符串的'\0'
{
return _arr + _size ;
}
//string的reserve接口,如果预开空间小于现有空间，将不会改变容量。
void reserve(size_t n=0)
{
if (n + 1 > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
memset(tmp, '\0', n + 1);
memcpy(tmp, _arr, _size);
delete[] _arr;
_arr = tmp;
_capacity = n;
}
}
//string的resize接口
void resize(size_t n, char c='\0')
{
//判断n的大小
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
memset(_arr + _size,c,n-_size);
_size = n;
}
else
{
_arr[n] = '\0';
_size = n;
}
}
//插入删除查找相关接口
string& push_back(const char c)
{
//判断容量
if (_size == _capacity)
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;//防止出现空串的情况
reserve(newCapacity);
}
_arr[_size++] = c;
return *this;
}
string& append(const char* s)
{
//判断容量
size_t len = strlen(s);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_arr+_size,s);
_size += len;
return *this;
}
string& operator+=(const char c)
{
push_back(c);
return *this;
}
string& operator+=(const char* s)
{
append(s);
return *this;
}
string& insert(size_t pos, char c)
{
assert(pos < _size);
//判断容量
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity + 1);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size; i > pos; --i)
{
_arr[i] = _arr[i - 1];
}
_arr[pos] = c;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
//判断容量
if (len + _size > _capacity)
{
reserve(len + _size);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size + len; i > pos + len - 1; --i)
{
_arr[i] = _arr[i - len];
}
memcpy(_arr + pos, s, len);
_size += len;
return *this;
}
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos<_size);
//先判断删到底的情况
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_arr[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
memcpy(_arr + pos, _arr + pos + len,_size-pos-len);
_size -= len;
}
return *this;
}
size_t find(const char c, size_t pos = 0)const
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
{
if (_arr[i] == c)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* s, size_t pos = 0)const
{
assert(pos < _size);
const char* p = strstr(_arr, s);
if (p != nullptr)
{
return _arr - p;
}
return npos;
}
private:
char* _arr;
size_t _size;
size_t _capacity;
const static size_t npos = -1;//只有const static整型、指针成员变量可以在类中定义，其他类型不行
};
//流插入和流提取的重载时为了自定义类型的输入输出
inline ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)//这里访问得到私有，所以可以不用写成友元函数
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)//流插入按照_size打印，c_str找到'\0'结束打印
{ //比如我在字符串中间插入一个'\0',打印结果不一样
out << s[i];
}
return out;
}
inline istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();//用之前先清空s
//in >> c;//流提取不会识别空格和换行
char c=in.get();
char buff[128] = { '\0' };//防止频繁扩容
size_t i = 0;
while (c != ' ' && c != '\n')
{
if (i == 127)
{
s += buff;
i = 0;
}
buff[i++] = c;
c = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
//测试函数
void test1()
{
}
}
《 符合学习规律的超详细linux实战快速入门》