【C++STL精讲】string的模拟实现
文章目录
- 专栏导读
- 文章导读
- 定义string类
- 构造函数
- 拷贝构造函数
- 赋值重载
- 析构函数
- []操作符重载
- 比较运算符重载
- c_str、size、capacity
- resize与reserve
- 添加数据 - push_back、append、+=重载
- insert
- erase
- find
- swap
- clean
- 迭代器
- >> 与 << 重载
- 完整源码
专栏导读
作者简介：花想云，在读本科生一枚，致力于 C/C++、Linux 学习。
本文收录于 C++系列，本专栏主要内容为 C++ 初阶、C++ 进阶、STL 详解等，专为大学生打造全套 C++ 学习教程，持续更新！
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文章导读
本章我们将参照STL源码，来模拟实现string类，但不一定非要与库中完全相同。我们将其中重要的、常用的接口进行模拟实现，旨在加深string类的学习与记忆。
定义string类
为了区别于标准库中的string类，我们使用自己的命名空间，在自己命名空间中模拟实现string类。
string类包含这三个基本成员：
char* _str字符数组；size_t _size大小；size_t _capacity容量；
此外还需声明一个static成员npos，npos为将来实现的某些成员函数的缺省值，值位-1；
namespace hxy
{
class string
{
public:
//...
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
//类中进行声明
static const size_t npos;
}
//类外定义npos
const size_t string::npos = -1;
}
构造函数
string类提供两种构造方法：
直接构造；
string str;
传字符串构造；
string str("hello world");
- 对于传字符串构造的情况，我们可以实现用
const char* str来接收它； - 对于直接构造的情况，我们可以用
缺省值来解决；
//构造函数
string(const char* str = "") //使用缺省值
:_size(strlen(str))
{
_capacity = _size == 0 ? 3 : _size; //_capacity初始值不能为0
_str = new char[_capacity + 1]; //为'\0'预留位置
strcpy(_str, str);
}
注意
_capacity的值不能初始化为0，因为扩容时可能出现0*n=0的情况。
拷贝构造函数
我们还会遇到用string类对象进行构造的情况：
string s1;
string s2(s1);
拷贝构造虽然不写，编译器会自动实现，但是自动实现的拷贝构造为浅拷贝，对于string类中，成员变量会申请资源的情况，浅拷贝是行不通的，所以需要我们自己实现。
//拷贝构造
string(const string& s)
:_size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
}
赋值重载
string s1;
string s2 = s1;
//赋值重载
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
析构函数
//析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
[]操作符重载
注意应对const对象与非const对象须实现不同的重载函数。
//用于const对象只读
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//用于普通对象可读可写
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
比较运算符重载
//比较运算符重载
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;
}
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);
}
c_str、size、capacity
c_str：返回C风格的字符串。size：返回_size；capacity：返回_capacity；
const char* c_str()
{
return _str;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
resize与reserve
resize：扩容并初始化；reserve：只扩容；
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _size)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else if (n > _size)
{
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
size_t i = _size;
while (i < n)
{
_str[i] = ch;
++i;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
添加数据 - push_back、append、+=重载
push_back：尾插一个字符；append：尾插一个字符串；+=：尾插一个字符或字符串；
void push_back(char ch)
{
//考虑扩容
if (_size + 1 > _capacity)
{
reserve(_capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
//考虑扩容
if (_size+len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
insert
insert：在pos位置插入一个字符或字符串；
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size + 1 > _capacity)
{
reserve(_capacity * 2);
}
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
end--;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
//挪动数据
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end - len];
end--;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
return *this;
}
erase
erase：删除pos位置向后的n个字符；
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
_size -= len;
}
return *this;
}
find
find：从pos位置开始向后查找指定字符或字符串，并返回起始位置的下标。
size_t find(char ch, size_t pos = npos)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
{
if (_str[i] == ch)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = npos)
{
assert(pos < _size);
char* p = strstr(_str, str);
if (p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - str;
}
}
swap
swap：交换两个对象的内容；
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
clean
clean：清理数据；
void clean()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
迭代器
有了迭代器，我们就能对自己实现的类使用范围for了。
//迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end()const
{
return _str + _size;
}
>> 与 << 重载
注意这两个函数须定义在类外。
ostream& operator<<(ostream& out, const string& str)
{
for (auto ch : str)
{
out << ch;
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& str)
{
str.clean();
char ch = in.get();
char buff[128]; //避免因频繁扩容导致效率过低
size_t i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[127] = '\0';
str += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i != 0)
{
buff[i] = '\0';
str += buff;
}
return in;
}
完整源码
#pragma once
#include