【C++】String类的实现
模拟实现Sting类
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- 1. 创建自定义空间
- 2. 确定类框架
- 3. 细化成员函数
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- 3.1 重载 [ ]
- 3.2 构造函数和析构函数
- 3.3 迭代器
- 3.4 拷贝构造（重点理解）
- 3.5 赋值运算符重载
- 3.6 reserve
- 3.7 resize
- 3.8 push_back
- 3.9 append
- 3.10 insert
- 3.10 erase
- 3. 整体代码
1. 创建自定义空间
namespace lyx
{
//模拟实现string类
class string
{
}
}
2. 确定类框架
string 实际上就是一个类，我们在使用时，实例化这个类，并且调用其中的函数。
我们将成员变量私有化，成员函数公有化，留作接口，供外部使用：
class string
{
public:
//成员函数
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
//npos 是一个常数，用来表示不存在的位置(参考string库的设置)
const static size_t npos = -1;
}
3. 细化成员函数
3.1 重载 [ ]
字符串的底层实际就是一个字符数组，既然是数组，我们就可以通过以下方式去访问:
string a="hello world"
cout<<a[1]; //e
因此要实现这种访问方式，就要进行运算符重载：
//重载[]
//(1)普通对象：可读可写
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//(2)const对象：只读
char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
3.2 构造函数和析构函数
想对字符串进行增删查改，得先另外开辟一段空间（在堆上），再将str指向的字符串拷贝到这段空间：
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity+1];
strcpy(_str, str);
}
析构函数：
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
3.3 迭代器
string迭代器是指针，因为字符串是连续的地址空间。但不是所有的迭代器都是指针，因为不是所有的容器都是连续的。
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
对于某些函数（例如printf函数），我们希望对字符串只读，因此会调用const迭代器
typedef const char* const_itertor;
const_itertor begin() const
{
return _str;
}
const_itertor end() const
{
return _str + _size;
}
3.4 拷贝构造（重点理解）
首先由类和对象的知识，拷贝构造函数一定是引用返回。但默认生成的拷贝构造函数是浅拷贝，会导致S1和S2对象指向同一块地址空间，在先释放掉S2所指向空间后，再调用析构函数释放S1的空间，这段空间已经不存在了，程序会崩溃。因此需要自定义一个拷贝构造函数。
即先给S2开辟一段新的空间，再将S1拷贝给S2
传统写法：
//s2(s1)
string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity+1];
_capacity = s._capacity;
_size = s._size;
strcpy(_str, s._str);
}
这里需要注意：拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用。 使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。同时为了防止S1引用被改变而导致s1的改变，还加了const。
现代写法：
string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
即先创建一个对象tmp,调用构造函数，使用s._str去初始化tmp,也就是_str开辟的空间的内容与s相同。
这个时候 tmp指向的空间就是 s2 想要的，所以我用swap 将s2._st（也就是this ->_str）,和tmp._str交换，此时s2就指向了tmp原来指向的空间，效果上实现了深拷贝。
此时,tmp就指向了s2._str原来指向的空间，而s2在之前被我们初始化为nullptr了，所以在之后析构tmp的时候不会报错（delete nullptr 是被允许的）。
3.5 赋值运算符重载
将S3赋值给S1，可能会出现两种情况：1.S1长度小于S2，把S2给S1会造成越界；2.S1长度大于S2，把S2给S1会造成资源浪费。
//s1=s3
string& operator=(const string& s)
{
//内容相同不赋值
if (this != &s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
}
因此，先开辟一段空间，再将S3的数据拷贝到S1指向的新空间中。再释放S1原来的空间。
也可以通过swap函数实现，思想与拷贝构造函数类似。
3.6 reserve
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n+1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
3.7 resize
resize 和 reserve 的区别在于在开辟空间的时候会对空间初始化。所以我们需要在形参列表中加上一个char型字符，用来填充我们新开的空间。
当然，如果n小于_size,我们要将字符串截取到n长度
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n > _size)
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; ++i)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}
3.8 push_back
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
3.9 append
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len < _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;
}
3.10 insert
插入一个字符
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size == _capacity)
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}
插入一个字符串
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
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;
}
3.10 erase
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 -= pos;
}
return *this;
}
3. 整体代码
string.h
#pragma once
#include Test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "string.h"
void Test_String1()
{
//构造
lyx::string s1;
lyx::string s2("abcdef");
//拷贝构造
lyx::string s3 = s2;
//赋值重载
s1 = s2;
}
void Test_String2()
{
lyx::string s1("12345");
lyx::string::iterator it = s1.begin();
/*for (it; it < s1.end(); ++it)
(*it)++;*/
cout << s1.c_str() << endl;
const lyx::string s2("67890");
lyx::string::const_iterator it2 = s2.begin();
/*for (it2; it2 < s2.end(); ++it2)
(*it2)++;*/
cout << s2.c_str() << endl;
}
void Test_String3()
{
lyx::string s("hello world");
cout << s.c_str() << endl;
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
s.resize(5);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
cout << s.c_str() << endl;
s.reserve(15);
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
cout << s.c_str() << endl;
s.resize(20, 'x');
cout << s.size() << endl;
cout << s.capacity() << endl;
cout << s.c_str() << endl;
}
void Test_String4()
{
/*lyx::string s = "hello world";
s.push_back('!');
cout << s.c_str() << endl;
s.append("xxxxxxx");
cout << s.c_str() << endl;
s += '6';
cout << s.c_str() << endl;
s += "123456";
cout << s.c_str() << endl;*/
lyx::string s1 = "hello w";
s1.insert(3,'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(2, "555");
cout << s1.c_str() << endl;
lyx::string s2 = "hello world";
s2.erase(3, 3);
cout << s2.c_str() << endl;
}
void Test_String5()
{
lyx::string s = ("abcefeefeefe");
cout << s.find('f',3) << endl;
cout << s.find('f') << endl;
cout << s.find("efe", 3) << endl;
cout << s.find("efe") << endl;
}
void Test_String6()
{
lyx::string s;
//lyx::string s = ("hello world");
cin >> s;
cout << s << endl;
}
int main()
{
//Test_String1();
//Test_String2();
//Test_String3();
//modify
//Test_String4();
//string operations
//Test_String5();
Test_String6();
return 0;
}