Learning C++ No.11【string类实现】

引言：

北京时间：2023/2/19/8:48，昨天更新了有关进程状态的博客，然后在休息的时候，打开了腾讯视屏，然后看到了了一个电视剧，导致上头，从晚上6点看到了10点，把我宝贵的博客时间给搞没了，伤心，现在就让我们开始将功补过，把昨天就应该开始写的博客给补一补！加油，不怂，就是干！今天博客的内容非常简单，就是使用我们以前学过的知识，无论是类和对象、内存管理，还是string类中的函数使用，运用它们写一个较为完整的string类出来，也就是自己实现string类，写库里面的东西，想想还是挺激动的，就让我们带着这份激动，go go go！

string类的模拟实现

string类基本框架

首先开始学习之前，明白string类的底层就是一个字符数组而已，本质上我们在实现string类的过程中，也就是在补全之前学习中的一些不足，和一些重难点，当然最关键的可以复习之前的各种知识点，并且在复习的过程中更好的理解这些知识点的使用，把一小块一小块的知识给合并成一大块的知识，所以模拟实现string类是非常重要的。

步入正题，实现string类基本框架，如下代码：从代码入手，再做细节方面处理

以上就是一个string类的基本框架，大部分函数功能还没有实现，只是实现了基本的构造函数和析构函数以及一些细节方面的处理。

string类框架之后的地基

搞定了上述有关string类中的构造函数和析构函数，当然最重要的是类和对象的使用，我们可以说是有了一个string类的基本框架，也可以说是我们拥有了一个基本的类框架，所以现在就让我们走进string类，复习并使用更多的知识来实现这个STL中的经典字符类。

拷贝构造

在搞定了构造函数和析构函数，之后实现一个类最重要的莫过于是拷贝构造函数了，虽然拷贝构造函数和构造函数、析构函数一样，都是一个默认成员函数，但是懂的都懂，默认成员函数并不是万能的，准确的来说是编译器并不是万能的，这些默认成员函数大部分都只是对内置类型起作用，而我们自己实现的自定义类型就像是后娘养的，人家是爱答不理，并不能很好的把自定义类型进行相应的初始化，所以对这些后娘养的自定义类型，则需要我们自己来实现初始化，当然经典的初始化场景有在初始化列表初始化、给缺省值（但本质还是在初始化列表初始化）、调用拷贝构造函数初始化等，所以调用拷贝构造函数初始化是自定义类型初始化的一个好地方，我们现在就来复习巩固一下拷贝构造函数。（当然重点就是想要讲深浅拷贝问题）
如下图：

当然上述的前提是通过成员变量中有一个char* _str的指针，涉及指针就涉及指针指向的空间，就涉及深拷贝问题，涉及深拷贝就涉及析构问题，这些看似无关，却紧密相连，这就是自我实现string类的好处，搞清各个知识点之间的关系和熟练掌握运用，所以以后写拷贝构造函数第一点就是考虑深浅拷贝问题。

const成员函数使用场景和运算符重载

从上图中我们可以发现，我们许多函数在实现的时候，都可以去调用那些已经自己实现好了的函数，或者库函数来实现一些新的功能，并且可以发现，只要使用const来修饰成员函数，只要我们对该函数不做改变数据的操作，这种方法是很好的，可以有效的避免权利放大问题，解决不必要的麻烦，可以让我们使用const对象调用函数的时候，变得更加的放心，程序变得更加的稳定。 并且注意： 我们在进行运算符重载时，进行字符串的比较，使用的是strcmp函数，表明，此时我们比较的是该字符串的ASCII码值，而不是该字符串的大小和容量。

string类中迭代器的实现

从上图可以看出，范围for的本质就是迭代器，从迭代器可以实现语法糖来分析，足以看出迭代器身为STL六大天王之一不是浪得虚名的。并且此时注意： const修饰的迭代器，该迭代器对象是可以被改变的，只是该对象中指向的内容不可以被修改而已

扩容函数和字符、字符串插入函数

总了来说，字符和字符串插入删除函数大致上都是差不多的，细节方面处理到位就行，跟数据结构中的顺序表本质上是一样的，这里就不过多介绍。并且此时我们把字符插入这些函数实现之后，string类中的函数，也就完成了地基部分，此时我们完成了地基就可以开始盖房子了，由于时间关系，我们把盖房子部分留到下一篇博客。

具体代码如下： 包括测试部分（注释很全）

#define  _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include
#include
#include
using namespace std;

namespace wwx
{
	class String
	{
	public:
		typedef char* iterator;//普通类型迭代器
		typedef const char* const_iterator;//const类型迭代器(注意此时自己是可以修改的，只是解引用后的值是不可以修改的)
		iterator begin()
		{
			return _str;//此时因为String本质上就是一个字符数组，所以_str就是首元素地址，就是第一个字符
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;//这个就是最后一个字符（前提是要知道第一个字符的位置）
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _str;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _str + _size;
		}
		String(const char* str = " ")//或者写成"\0"，反正这个位置只要可以让strlen算出一个0来就行了（全缺省构造函数）
			: _size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;//_capacity为0第一种解决方法
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		String(const String& s)//注意：拷贝构造也是有初始化列表的（并且要回想起以前有关this指针的知识，此时*this就是s3，str就是s2）
			:_size(s._size)
			,_capacity(s._capacity)
		{
			//深拷贝（因为使用了指针，或者说因为有自己实现析构函数）
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
		}//并且此时要记住，此时的拷贝构造除了利用*this指针以外，还有一个是使用赋值运算符（=）
		String& operator=(const String& s)//区分赋值和拷贝构造，赋值是两个已经存在的对象，而拷贝构造是一个已经初始化的对象去初始化另一个要创建的对象
		{
			if (this != &s)//防止自己给自己赋值
			{
				//_size = s._size;
				//_capacity = s._capacity;
				//delete[]_str;//这种赋值方法，可以很好的避免被赋值空间太大或太小的问题，只是伴随着开空间的消耗而已
				//_str = new char[s._capacity + 1];
				//strcpy(_str, s._str);
				//为了防止空间开辟失败把原来的空间中的数据给破坏，下面的写法就更好
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];//解决原理：先开空间，再销毁，再给给
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[]_str;
				_str = tmp;//此时因为指针指向的空间，本质是内置类型，所以会自己去调用拷贝构造函数，不需要调用我们自己实现的拷贝构造函数
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}

			return *this;
		}
		~String()
		{
			delete[]_str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
		const char* c_str()
		{
			return _str;
		}
		char& operator[](size_t pos)//普通类型使用，下面的是给特殊的const类型函数使用
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		const char& operator[](size_t pos)const//后面位置上给了const前面就一定也要给一个const，因为此时加了const导致返回值的类型也变成了const类型
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		size_t size()const
		{
			return _size;
		}//运算符重载
		// 所以得出结论，只要是函数内部不进行数据修改的，我们就把const给加上
		bool operator>(const String& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str) > 0;
		}
		bool operator==(const String& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}
		bool operator>=(const String& s)const
		{
			return *this > s || *this == s;
			//return *this > s || s == *this;//此时就是简单的把赋值顺序调换一下，该代码就是有问题的，因为此时的s是const类型的，妥妥的权利放大
		}                                  
		bool operator<(const String& s)const
		{
			return !(*this >= s);
		}
		bool operator<=(const String& s)const
		{
			return !(*this > s);
		}
		bool operator!=(const String& s)const
		{
			return !(*this == s);
		}
		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			int len = strlen(_str);
			if (_capacity < n)
			{
				reserve(2 * n);
			}
			if (n < _size)
			{
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
				return;
			}
			_size = n;
			for (int i = len; i < _size; i++)
			{
				_str[i] = ch;
			}
			_str[_size] = '\0';
		}
		void reserve(size_t n)//此时的这个n参数表示的就是n需要扩n个空间
		{
			char* tmp = new char[n + 1];//此时为了像上述一样，防止开辟失败，所以先开辟，再赋值（注意：capacity和字符个数的区别，capacity少1）
			strcpy(tmp, _str);//此时就是注意：只要是在类里面的函数都是自带一个this指针的类对象
			delete[]_str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;//开空间跟_size是没有关系的，只有插入数据的时候才跟_size有关系
		}
		void push_back(char ch)//注意：有一个this指针，此时就是为了在这个this指针后面插入字符
		{
			if (_size == _capacity)//这种判断==的是需要多少扩多少（所以可以二倍二倍的扩）
			{
				//注意此时要配套使用，不可以使用realloc扩容
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}

			_str[_size] = ch;//string的本质就是一个字符数组
			++_size;

			_str[_size] = '\0';//此时就是因为插入字符之后，把原来的\0给搞没了，所以要重新给一个\0，不然就会导致无法计算strlen之类的问题
		}
		void append(const char* str)//注意此时这个函数是用来插入字符串的，不是上述用来插入字符的
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)//此时这个位置表示的就是插入len个字符（插入len个字符，刚好等于capacity可以，但是不可以超过）
			{
				//此时这种直接插入多个，就不可以2倍2倍的扩，需要一次性扩大一点
				reserve(_size + len);
			}

			strcpy(_str + _size, str);//该拷贝，是因为可以直接把原来字符串中的\0给覆盖掉
			//strcat(_str, str);//但是最好不要使用strcat，追加，目的是因为防止原字符串过长，\0不好找，因为strcat只有找到了\0才会进行追加
			_size += len;
			//字符串是不需要处理\0的，因为strcpy会拷贝\0
		}
		String& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		String& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}//某个位置插入、某个位置删除
		void insert(size_t pos, char ch)//某个位置插入字符
		{
			assert(pos <= _size);//防止传参的时候越界

			if (_size + 1 > _capacity)//还是因为等于的时候是刚刚好满了，所以不怕，只有大于的时候才需要扩
			{
				reserve(2 * _capacity);
			}
			size_t end = _size;
			while (end >= pos)
			{
				_str[end + 1] = _str[end];
				--end;
			}
			_str[pos] = ch;
			++_size;
		}
		void insert(size_t pos, const char* str)//某个位置插入字符串
		{
			assert(pos <= _size);

			size_t len = strlen(str);
			if (len == 0)
			{
				return;
			}
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_capacity + len);
			}//扩容完之后就是插入数据
			size_t end = _size + len;
			for (int i = end; i >= pos + len; --i)
			{
				_str[i] = _str[i - len - 1];
			}
			char c = _str[pos + len];
			strcpy(_str + pos, str);
			_str[pos + _size] = c;
			_size += len;
			_str[_size] = '\0';
		}
		void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos>=0 && pos <= _size);

			size_t end = _size;
			while (end > pos)
			{
				_str[end - 1] = _str[end];
				--end;
			}
			--_size;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;

		static size_t npos;//npos此时给一个静态成员变量，供给大家使用
		//有一个特例，可以不需要在全局定义static，但是只针对于整形,就是加一个const
		//static const size_t npos = -1;
		//static const size_t N = 10;
		//估计是为了可以这样使用：int _arr[N];
	};

	size_t String::npos = -1;

	void Print(const String& s)
	{
		for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
		{
			cout << s[i] << " ";//此时因为这个函数就是一个const修饰的函数，所以无论在函数内存调用运算符重载，还是别的函数，此时这些函数都需要有const属性，所以导致我们需要实现两个[]运算符重载，一个给普通类型使用，一个给const类型使用
		}
		cout << endl;
		for (auto ch : s)//证明const属性的迭代器（所以需要把迭代器也给弄成两份，一份普通类型，一份const类型）
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_string1()
	{
		String s1;
		String s2("hello world");

		cout << s1.c_str() << endl;
		cout << s2.c_str() << endl;
		for (int i = 0; i < 10; i++)
		{
			s2[i]++;
		}

		String s3(s2);//拷贝构造（经典的指针指向同一块空间问题），涉及深拷贝
		cout << s3.c_str() << endl;
		cout << s2.c_str() << endl;
		
		s3 = s2;//赋值要注意有自己给自己赋值的时候 s2 = s2;
		cout << s3.c_str() << endl;
		cout << s2.c_str() << endl;
	}
	void test_string2()//验证const修饰的函数需要使用具有const属性的函数
	{
		wwx::String s1("hello world");
		for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)//注意：此时访问的不是string类中的成员变量，访问的是计算size大小的公有函数
		{
			cout << ++s1[i] << " ";
		}
		cout << endl;

		Print(s1);
	}
	void test_string3()//验证正向迭代器（反向迭代器先不学）
	{
		String s1("gdkkn vnqkc");
		String::iterator it = s1.begin();//普通it类型
		String::const_iterator it2 = s1.begin();//const类型的it
		while (it != s1.end())
		{
			cout << ++(*it) << " ";//指针不仅可以读，而且可以写
			++it;//虽然被const修饰，但是自己是可以修改的，例：++it是可以的++(*it)就是不可以的（总：自己可以修改，只是指向的内容不可以修改而已）
			++it2;
			//cout << ++(*it2) << " ";//const迭代器指向的内容不允许被修改
		}
		cout << endl;

		for (auto ch : s1)//很好的证明了，范围for就是使用迭代器实现的（傻白甜）
		{
			cout << ch << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	void test_string4()//验证运算符重载
	{
		string s1("hello world");
		string s2("hello world");
		string s3("xxxxxxxxxxx");
		//比大小，此时比的是ASCII码值
		cout << (s1 < s3) << endl;//涉及运算符的优先级,所以要加上()
		cout << (s1 == s3) << endl;
		cout << (s1 == s2) << endl;
		cout << (s1 >= s3) << endl;
		cout << (s1 > s3) << endl;
		cout << (s1 != s2) << endl;
	}
	void test_string5()//验证字符和字符串追加
	{
		string s1("hello world");
		s1.push_back(' ');//反正就是注意使用this指针就行（因为this指针代表的就是s1对象）
		cout << s1.c_str() << endl;

		s1.append("xxxxxxxxxxxxxxxx");

		cout << s1.c_str() << endl;

		s1 += "aaaaaaaaaaaaaaaaaa";
		cout << s1.c_str() << endl;

	}
	void test_string6()
	{
		String s1("hello world");
		s1.insert(6, 'm');
		s1.insert(7, 'y');
		s1.insert(8, ' ');//搞定了中间插入，此时要防止是在最头上插入等问题
		cout << s1.c_str() << endl;
		s1.insert(5, "bit");
		cout << s1.c_str() << endl;
		s1.erase(5, 3);
		cout << s1.c_str() << endl;
	}
}

以上就是string类地基部分代码，注释很全，注意：测试代码需要放到test.cpp文件中测试

总结：还是那句话，自己实现string类，可以把以前学的知识得到很好的巩固。