【C++】string类模拟实现

一、string类声明

namespace yyh
{
	class string
	{
	public:
		string(const char* str = "");// 构造
		~string();// 析构
		string(const string& s);// 拷贝构造
		string& operator=(const string& s);// 赋值拷贝
		char* c_str() const;// 返回字符串
		size_t size() const;// 返回size
		char& operator[](size_t pos);// []访问
		const char& operator[](size_t pos) const;// const[]访问
		typedef char* iterator;// 迭代器
		iterator begin();
		iterator end();
		typedef const char* const_iterator;// const迭代器
		const_iterator begin() const;
		const_iterator end() const;
		void push_back(const char ch);// 尾插字符
		void append(const char* str);// 尾插字符串
		string& operator+=(const char ch);// +=重载
		string& operator+=(const char* str);
		void resize(size_t n, char ch = '\0');// 初始化扩容
		size_t find(const char ch);// 查找字符
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);// 查找字符串
		string& insert(size_t pos, const char ch);// 插入字符
		string& insert(size_t pos, const char* str);// 插入字符串
		string& erase(size_t pos, size_t len = npos);// 删除
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;// _capacity表示有效字符个数
	public:
		static const size_t npos = -1;
	};
}

ostream& operator<<(ostream& out, yyh::string& s);// 输出
istream& operator>>(istream& in, yyh::string& s);// 输入

二、string类接口实现

2.1 构造函数

yyh::string::string(const char* str)
	: _size(strlen(str))
	, _capacity(_size)
{
	_str = new char[_capacity + 1];// _capacity表示有效字符个数
	strcpy(_str, str);
}

我们用_capacity表示有效字符的个数，那么开空间的时候就要多开一个位置（放\0）

2.2 析构函数

yyh::string::~string()
{
	delete[]_str;
	_str = nullptr;
	_size = _capacity = 0;
}

2.3 拷贝构造

yyh::string::string(const string& s)
	: _size(strlen(s._str))
	, _capacity(s._size)
{
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
}

2.3.1 现代写法

yyh::string::string(const string& s)
	: _str(nullptr)
{
	yyh::string tmp(s._str);// 构造
	swap(_str, tmp._str);
	swap(_size, tmp._size);
	swap(_capacity, tmp._capacity);
}

先用s._str构造一个tmp，交换tmp和s的_str，因为tmp的生命周期只在当前栈帧，栈帧销毁自动调用析构函数。
这里要注意一定要先把_str置为空，因为s(s1)s的_str指向随机空间，交换给tmp后，调用析构函数就会程序崩溃。

2.4 赋值重载=拷贝

yyh::string& yyh::string::operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)// 自己拷贝自己
	{
		char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1];
		strcpy(tmp, s._str);
		delete[]_str;
		_str = tmp;
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}
	return *this;
}

2.4.1 现代写法

yyh::string& yyh::string::operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		_str = nullptr;
		yyh::string tmp(s);
		swap(tmp._str, _str);
		swap(tmp._capacity, _capacity);
		swap(tmp._size, _size);
	}
	return *this;
}

2.4.2 更简洁写法

yyh::string& yyh::string::operator=(string s)
{
	swap(s._str, _str);
	swap(s._size, _size);
	swap(s._capacity, _capacity);
	return *this;
}

注意写这种写法的时候要有拷贝构造函数，s是拷贝构造出来的，生命周期只存在当前栈帧，出栈帧自动销毁。

2.5 返回字符串

char* yyh::string::c_str() const
{
	return _str;
}

2.6 返回size

size_t yyh::string::size() const
{
	return _size;
}

2.7 []访问 & const[]访问

char& yyh::string::operator[](size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}

const char& yyh::string::operator[](size_t pos) const
{
	return _str[pos];
}

2.8 迭代器和const迭代器

yyh::string::iterator yyh::string::begin()
{
	return _str;
}

yyh::string::iterator yyh::string::end()
{
	return _str + _size;
}

yyh::string::const_iterator yyh::string::begin() const
{
	return _str;
}

yyh::string::const_iterator yyh::string::end() const
{
	return _str + _size;
}

这里要注意iterator和const_iterator都是typedef出来的。

2.9 尾插字符

void yyh::string::push_back(const char ch)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		//扩容
		if (_capacity == 0)
		{
			_capacity = 4;
		}
		_capacity *= 2;
		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[]_str;
		_str = tmp;
	}
	_str[_size] = ch;
	_str[_size + 1] = '\0';
	_size++;
}

这里要注意的是：

1️⃣ 扩容时_capacity是否为0？
2️⃣ 结尾补充’\0’

2.10 尾插字符串

void yyh::string::append(const char* str)
{
	size_t sz = strlen(str);
	if (_size + sz > _capacity)
	{
		//扩容
		if (_capacity == 0)
		{
			_capacity = 4;
		}
		while (_capacity < _size + sz)
		{
			_capacity *= 2;
		}
		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[]_str;
		_str = tmp;
	}
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += sz;
}

尾插字符串首先要算出字符串的长度再看扩容多少。

2.11 +=重载

yyh::string& yyh::string::operator+=(const char ch)
{
	push_back(ch);// 复用
	return *this;
}

yyh::string& yyh::string::operator+=(const char* str)
{
	append(str);// 复用
	return *this;
}

2.12 初始化扩容

void yyh::string::resize(size_t n, char ch)
{
	if (n < _size)
	{
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
	if (n > _size)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			//扩容
			if (_capacity == 0)
			{
				_capacity = 4;
			}
			while (_capacity <= n)
			{
				_capacity *= 2;
			}
			char* tmp = new char[_capacity + 1];
			strcpy(tmp, _str);
			delete[]_str;
			_str = tmp;
		}
		for (int i = _size; i < n; i++)
		{
			_str[i] = ch;
		}
		_size = n;
	}
}

分情况讨论：

当n < _size 时直接在n的位置补'\0'
当n == _size 时不用处理
当n > _size 时要先扩容再补充字符

2.13 查找字符 & 字符串

size_t yyh::string::find(const char ch)
{
	size_t i = 0;
	while (i < _size)
	{
		if (_str[i] == ch)
		{
			return i;
		}
	}
	return npos;
}

size_t yyh::string::find(const char* str, size_t pos)
{
	const char* p = strstr(_str + pos, str);
	if (p == nullptr)// 没找到
		return npos;
	return (p - _str);
}

2.14 插入字符

yyh::string& yyh::string::insert(size_t pos, const char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	if (_size + 1 > _capacity)
	{
		//扩容
		size_t tmp = _size + 1;
		resize(tmp);
	}
	size_t end = _size + 1;
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end - 1];
		end--;
	}
	_str[pos] = ch;
	_size++;
	return *this;
}

这里要注意while循环时，如果使用_str[end + 1] = _str[end];的形式就会出错，因为size_t是无符号数，恒大于0。

2.15 插入字符串

yyh::string& yyh::string::insert(size_t pos, const char* str)
{
	assert(pos <= _size);
	size_t sz = strlen(str);
	if (_size + sz > _capacity)
	{
		// 扩容
		size_t tmp = _size + sz;
		resize(tmp);
		/*if (_capacity == 0)
		{
			_capacity = 4;
		}
		while (_capacity < _size + sz)
		{
			_capacity *= 2;
		}
		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[]_str;
		_str = tmp;*/
	}
	size_t end = _size + sz;
	while (end >= pos + sz)
	{
		_str[end] = _str[end - sz];
		end--;
	}
	for (size_t i = pos; i < sz + pos; i++)
	{
		_str[i] = *str;
		str++;
	}
	_size += sz;
	return *this;
}

这里要注意在while循环时结束条件是：end < pos + sz。
而且最后不能使用strcpy，会导致\0也被拷贝

2.16 删除

yyh::string& yyh::string::erase(size_t pos, size_t len)
{
	assert(pos < _size);
	if (pos + len >= _size)
	{
		_size = pos;
		_str[_size] = '\0';
	}
	else
	{
		strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
		_size -= len;
	}
	return *this;
}

不能忘记补充'\0'

2.17 输入<< 输出>> 重载

ostream& operator<<(ostream& out, yyh::string& s)
{
	for (auto e : s)// 不能用c_str()
	{
		out << e;
	}
	return out;
}

istream& operator>>(istream& in, yyh::string& s)
{
	s._str[0] = '\0';//清空数据
	s._size = 0;
	char ch = in.get();
	while (ch != '\n' && ch != ' ')
	{
		s += ch;
		ch = in.get();
	}
	return in;
}

输出的时候不能使用c_str()，因为有可能输出的字符串比_size大。

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纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。