【C++】STL | 模拟实现简易string
目录
1. 框架搭建
2. 迭代器的实现
3. string的拷贝构造和赋值（深拷贝）
拷贝构造
赋值构造
4. string的增删查改
reserve 接口
resize 接口
push_back 接口
append 接口
operator+=() 实现
insert 接口
erase 接口
find 接口
substr 接口
clear 接口
流插入和流提取
5. 用于比较的操作符重载函数
operator<
operator==
其它复用
6. 源码分享
写在最后：
1. 框架搭建
首先啊，我们需要搭建好一个框架，
然后在往里面填充内容。
那搭建框架主要包括这几个点：
1. 基本的默认成员函数
2. 必须的成员变量
3. 常用的简单接口（先让代码跑起来）
来看代码：
#pragma once
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
namespace xl {
class string {
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
string(const char* str = "")
: _size(strlen(str))
, _capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
public:
char& operator[](size_t pos) {
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos) const {
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char* c_str() const {
return _str;
}
size_t size() const {
return _size;
}
};
} 实现功能包括：
1. 构造和析构函数
2. 基本的 [ ] 访问
3. 可供转换类型的 c_str
4. 以及容量相关的 size
我们就能先跑起来一段遍历：
#include "string.h"
int main()
{
xl::string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
for (int i = 0; i < s1.size(); i++) {
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}输出：
2. 迭代器的实现
迭代器可能是指针，也可能不是，
不过在string里面，迭代器就是指针。
我们把迭代器实现到类里面，因为标准库中的迭代器，就存在类内，
我们直接通过类域就能访问到。
来看代码：
public:
typedef char* iterator;
iterator begin() {
return _str;
}
iterator end() {
return _str + _size;
}这样我们就能直接跑起来：
#include "string.h"
int main()
{
xl::string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
for (int i = 0; i < s1.size(); i++) {
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
xl::string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
return 0;
}输出：
但是啊，这样只支持了普通对象的迭代器，
还有const对象，所以我们要再实现一份：
public:
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;
}我们可以观察一下，
使用 const 迭代器确实是禁止访问了：
而使用普通迭代器是可以修改指向的值的：
void test2() {
xl::string s1("hello");
xl::string::const_iterator cit = s1.begin();
while (cit != s1.end()) {
//*cit += 1;
cout << *cit << " ";
cit++;
}
cout << endl;
xl::string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end()) {
*it += 1;
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}输出：
3. string的拷贝构造和赋值（深拷贝）
拷贝构造
需要新开一块空间：
string(const string& s) {
_str = new char[s._capacity + 1];
memcpy(_str, s._str, s.size() + 1);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}赋值构造
我们就直接采取删除旧空间，开辟新空间，拷贝数据的策略：
string& operator=(const string& s) {
if (this != &s) {
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
}
return *this;
}上面的这种中规中矩的方法，我们称之为传统写法，
那么有传统写法，当然还有现代写法，来看这种写法：
void swap(string& tmp) {
::swap(_str, tmp._str);
::swap(_size, tmp._size);
::swap(_capacity, tmp._capacity);
}
// 现代写法
string& operator=(string tmp) {
swap(tmp);
return *this;
}我们实现了一个string类内的一个swap，通过拷贝构造形成的 tmp 帮我们打工，
然后我们再通过 swap 白嫖 tmp 的内容即可。
我个人认为这种方法其实本质上就是对拷贝构造的复用。
实际上，拷贝构造也可以用现代写法：
string(const string& s)
: _str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}发现没有，拷贝构造的现代写法本质也是一个复用，
他复用的就是我们实现的构造函数。
4. string的增删查改
在实现那些花里胡哨的接口之前啊，
先把扩容的问题搞定再说：
reserve 接口
根据给的 n 的大小直接扩容即可：
void reserve(size_t n) {
if (n > _capacity) {
char* tmp = new char[n + 1];
memcpy(tmp, _str, _size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}resize 接口
还有一种扩容方法就是resize，不过string一般很少用resize，
来看实现：
void resize(size_t n, char ch = '\0') {
if (n < _size) {
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else {
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++) {
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}push_back 接口
string的 push_back 就是尾插一个元素，
采取的是二倍扩容的机制（这个看个人喜好，也有1.5倍扩容的）
void push_back(char ch) {
if (_size == _capacity) {
// 2倍扩容
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}append 接口
append 是尾插一段字符串，
扩容机制我使用的是按需扩容。
void append(const char* str) {
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity) {
// 至少扩容到 _size + len
reserve(_size + len);
}
memcpy(_str + _size, str, len + 1);
_size += len;
}当然，我们其实更喜欢使用 +=：
operator+=() 实现
当然，这个函数我们就直接复用前面实现的push_back和append就行：
string& operator+=(char ch) {
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str) {
append(str);
return *this;
}这用起来当然是爽多了：
void test4() {
xl::string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1 += " ";
s1 += "a";
s1 += "a";
s1 += "a";
s1 += "a";
s1 += "a";
s1 += "a";
s1 += " ";
s1 += "string";
cout << s1.c_str() << endl;
}输出：
insert 接口
实际上STL的string 实现了很多比较冗余的重载，
作为学习，我们就只实现最核心的调用方法。
insert我们实现两种重载：
void insert(size_t pos, size_t n, char ch) {
}
void insert(size_t pos, const char* str) {
}先来实现第一种，插入一种字符：
void insert(size_t pos, size_t n, char ch) {
assert(pos <= _size);
if (_size + n > _capacity) {
// 至少扩容到_size + n
reserve(_size + n);
}
// 挪动数据
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos) {
_str[end + n] = _str[end];
end--;
}
// 填值
for (size_t i = 0; i < n; i++) _str[pos + i] = ch;
_size += n;
}第二种，插入一个字符串：
实现方法都是相似的：
void insert(size_t pos, const char* str) {
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity) {
// 至少扩容到_size + len
reserve(_size + len);
}
// 挪动数据
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos) {
_str[end + len] = _str[end];
end--;
}
// 填值
for (size_t i = 0; i < len; i++) _str[pos + i] = str[i];
_size += len;
}我们来测试一下：
void test5() {
xl::string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, 3, 'x');
s1.insert(0, "string ");
cout << s1.c_str() << endl;
}输出：
erase 接口
如果删除的字符超过了有的字符，或者是没有说明删除的字符数，就全部删完：
void erase(size_t pos, size_t len = npos) {
assert(pos <= _size);
if (len == npos || pos + len >= _size) {
_size = pos;
_str[pos] = '\0';
}
else {
size_t end = pos + len;
while (end <= _size) {
_str[pos++] = _str[end++];
}
_size -= len;
}
}我们可以测试一下：
void test5() {
xl::string s1("hello");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, 3, 'x');
s1.insert(0, "string ");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(10, 3);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(2, 100);
cout << s1.c_str() << endl;
}
输出：
find 接口
如果是单个字符，直接找就行了：
size_t find(char ch, size_t pos = 0) {
for (size_t i = pos; i < _size; i++) {
if (_str[i] == ch) return i;
}
return npos;
}字符串的话我们用strstr暴力匹配就行：
size_t find(const char* str, size_t pos = 0) {
const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
if (ptr) return ptr - _str;
else return npos;
}substr 接口
截取字符串的操作：
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) {
assert(pos <= _size);
size_t n = len + pos;
if (len == npos || pos + len > _size) {
n = _size;
}
string tmp;
tmp.reserve(n);
for (size_t i = pos; i < n; i++) {
tmp += _str[i];
}
return tmp;
}来测试一下：
void test6() {
xl::string s1("hello string");
cout << s1.c_str() << endl;
size_t pos = s1.find('s');
cout << s1.substr(pos, 3).c_str() << endl;
pos = s1.find('s');
cout << s1.substr(pos, 100).c_str() << endl;
}
输出：
clear 接口
顺便实现一下：
void clear() {
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}流插入和流提取
这个我们需要实现在类外，因为操作符的顺序要求，
先来看流插入：
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) {
for (auto e : s) cout << e;
return out;
}再来看流提取：
istream& operator>>(istream& in, string& s) {
s.clear();
char ch = in.get();
while (ch != ' ' && ch != '\n') {
s += ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
测试时间~
void test7() {
string s1;
cin >> s1;
cout << s1 << endl;
}输出：
5. 用于比较的操作符重载函数
我们还是一样的操作，先实现两个，在复用到全部：
operator<
我们用库函数memcmp实现：
bool operator<(const string& s) {
int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
}operator==
bool operator==(const string& s) {
return memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size) == 0;
}
其它复用
bool operator<=(const string& s) {
return *this < s || *this == s;
}
bool operator>(const string& s) {
return !(*this <= s);
}
bool operator>=(const string& s) {
return !(*this < s);
}
bool operator!=(const string& s) {
return !(*this == s);
}6. 源码分享
#pragma once
#include
#include
#include
#include
using namespace std;
namespace xl {
class string {
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
const static size_t npos = -1; // 可以这样用，但不建议，违背了C++的语法准则（建议声明和定义分离）
public:
string(const char* str = "")
: _size(strlen(str))
, _capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1];
memcpy(_str, str, _size + 1);
}
传统写法
//string(const string& s) {
// _str = new char[s._capacity + 1];
// memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
//}
// 现代写法
string(const string& s)
: _str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
传统写法
//string& operator=(const string& s) {
// if (this != &s) {
// char* tmp = new char[s._capacity + 1];
// memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);
// delete[] _str;
// _str = tmp;
// }
// return *this;
//}
void swap(string& tmp) {
::swap(_str, tmp._str);
::swap(_size, tmp._size);
::swap(_capacity, tmp._capacity);
}
// 现代写法
string& operator=(string tmp) {
swap(tmp);
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
public:
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;
}
public:
void reserve(size_t n) {
if (n > _capacity) {
char* tmp = new char[n + 1];
memcpy(tmp, _str, _size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0') {
if (n < _size) {
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else {
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++) {
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
void push_back(char ch) {
if (_size == _capacity) {
// 2倍扩容
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* str) {
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity) {
// 至少扩容到 _size + len
reserve(_size + len);
}
memcpy(_str + _size, str, len + 1);
_size += len;
}
string& operator+=(char ch) {
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str) {
append(str);
return *this;
}
void insert(size_t pos, size_t n, char ch) {
assert(pos <= _size);
if (_size + n > _capacity) {
// 至少扩容到_size + n
reserve(_size + n);
}
// 挪动数据
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos) {
_str[end + n] = _str[end];
end--;
}
// 填值
for (size_t i = 0; i < n; i++) _str[pos + i] = ch;
_size += n;
}
void insert(size_t pos, const char* str) {
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity) {
// 至少扩容到_size + len
reserve(_size + len);
}
// 挪动数据
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos) {
_str[end + len] = _str[end];
end--;
}
// 填值
for (size_t i = 0; i < len; i++) _str[pos + i] = str[i];
_size += len;
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos) {
assert(pos <= _size);
if (len == npos || pos + len >= _size) {
_size = pos;
_str[pos] = '\0';
}
else {
size_t end = pos + len;
while (end <= _size) {
_str[pos++] = _str[end++];
}
_size -= len;
}
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0) {
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 = 0) {
const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
if (ptr) return ptr - _str;
else return npos;
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) {
assert(pos <= _size);
size_t n = len + pos;
if (len == npos || pos + len > _size) {
n = _size;
}
string tmp;
tmp.reserve(n);
for (size_t i = pos; i < n; i++) {
tmp += _str[i];
}
return tmp;
}
public:
char& operator[](size_t pos) {
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos) const {
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
bool operator<(const string& s) {
int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
}
bool operator==(const string& s) {
return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0;
}
bool operator<=(const string& s) {
return *this < s || *this == s;
}
bool operator>(const string& s) {
return !(*this <= s);
}
bool operator>=(const string& s) {
return !(*this < s);
}
bool operator!=(const string& s) {
return !(*this == s);
}
const char* c_str() const {
return _str;
}
size_t size() const {
return _size;
}
void clear() {
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
};
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) {
for (auto e : s) cout << e;
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s) {
s.clear();
char ch = in.get();
while (ch != ' ' && ch != '\n') {
s += ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
} 写在最后：
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