C++入门--string类的实现
目录
- 1.string类常用函数实现
-
- （1）string类成员变量定义
- （2） string类默认构造函数实现
- （3） string类拷贝构造函数实现
- （4）string类析构函数
- （5）string类c_str()函数实现
- （6）string类size()函数实现
- （7）string类operator[]函数实现
- （8）string类迭代器的实现
- （9）string类reserve函数实现
- （10）string类push_back函数实现
- （11）string类append函数实现
- （12）string类operator+=运算符重载函数实现
- （13）string类insert函数实现
- （14）string类erase函数实现
- （15）string类find函数实现
- （16）string类substr函数实现
- （17）string类resize函数模拟实现
- （18）string类流插入operator<<非成员函数模拟实现
- (19)string类string类流提取operator>>非成员函数模拟实现
- (20)string类operator=运算符重载函数
- (21)string类关系运算符重载
-
- operator<函数
- operator==函数
- 函数复用实现
- 2.string常用接口类函数实现源码
-
- string.h文件
1.string类常用函数实现
（1）string类成员变量定义
namespace llh
{
class string
{
private:
size_t size;//string类的大小
size_t capacity;//string类的存储容量
char* _str;
};
}
我们定义
string类的成员变量有size、capacity、_str，配合我们实现插入、删除、扩容等修改操作函数，并且把我们自己实现的string类成员函数封装在命名空间里面，避免和标准库里面的string类类型、函数冲突。
（2） string类默认构造函数实现
//默认构造函数
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
我们在实现默认构造函数时，①使用
""空字符串作为缺省参数，常量字符串末尾有'\0'，是跟库里面string类默认构造函数无参调用以及string类其他变量初始化配合，_str = new char[_capacity + 1];中capacity+1是不传参调用时存储'\0'；②构造函数使用初始化列表进行初始化，初始化列表中成员的初始化顺序与成员变量声明顺序应保持一致。
（3） string类拷贝构造函数实现
//拷贝构造函数
//拷贝构造函数
string(const string& s)
{
if (this != &s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
//strcpy(_str, s._str);
//拷贝构造的string类中包含'\0'，且'\0'后还有字符
//strcpy只能拷贝到'\0'位置，剩余字符不能拷贝
memcpy(_str, s._str, _size + 1);
}
}
使用string类对象s进行拷贝构造时（1）如果进行浅拷贝（即值拷贝），编译器只是将对象中的值拷贝过来，这时候两个string类对象会使用同一块空间，此时发生的危害：①相互影响。一个string类对象修改空间的数据会影响另一个string类对象的数据内容②同一块空间会被析构两次，程序崩溃；（2）所以string类要进行深拷贝，
_str = new char[s._capacity + 1];开辟相同的空间，memcpy(_str, s._str, _size + 1);把数据拷贝到新开辟得到空间中，内置类型变量_size、_capacity直接进行赋值，这时候两个对象使用不同的空间，其他数据相同。
（4）string类析构函数
//析构函数
~string()
{
_size = _capacity = 0;
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
使用delete操作符释放string类对象指向的空间，
_size = _capacity = 0使用string类大小和存储容量清除为0。
（5）string类c_str()函数实现
//string类返回字符串指针的函数
const char* c_str()const
{
return _str;
}
_str为私有成员变量，需要通过函数调用才能进行访问。
（6）string类size()函数实现
size_t size()const
{
return _size;
}
_size为私有成员变量，需要通过函数调用才能进行访问。
（7）string类operator[]函数实现
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
普通string类对象使用
operator[]运算符重载，获取string类pos位置的字符，可以进行string类修改；const string类对象调用const修饰operator[]运算符，只能读取string类pos`位置的字符，不可以进行string类修改。
（8）string类迭代器的实现
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;
}
①string类
begin()迭代器为指针，指向string类第一个字符，end()迭代器为指针，指向string类最后一个有效字符的下一个位置②const类型的string类对象对数据内容进行访问，需要使用const类型的迭代器③迭代器封装在类域里面，使用迭代器需要在前面hhl::string::const对string类的数据才能进行访问。
（9）string类reserve函数实现
void reserve(size_t n = 0)
{
//只允许进行扩容
if (n > _capacity)
{
cout << "reserve->" << _capacity << endl;
char* tmp = new char[n + 1];
_capacity = n;
//strcpy(tmp, _str);
//拷贝构造的string类中包含'\0'，且'\0'后还有字符
//strcpy只能拷贝到'\0'位置，剩余字符不能拷贝
memcpy(tmp, _str, n + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
}
}
实现
reserve函数的过程：①对n进行判断，只进行扩容不进行缩容②开辟n+1大小的空间，多出的一个位置存储'\0'③把原有的数据拷贝到新的空间，释放掉原来的空间，让_str指向新的空间。
（10）string类push_back函数实现
void push_back(char c)
{
if (_size == _capacity)
{
//二倍扩容
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = c;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
①在插入字符之前，判断
string类字符个数_size是否和存储容量相等，如果相等需要扩容②在扩容的时候，无参构造对象有效字符数为0，需要指定开辟的空间大小，其余情况进行原有容量的二倍扩容③插入字符后，++_size;并且_str[_size] = '\0';在最后添加'\0'进行限制。
（11）string类append函数实现
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;
}
①判断插入
str字符串是否需要扩容，这次我们进行按需扩容②使用strcpy函数将字符串str拷贝string类对象末尾，strcpy函数会将str字符串中的'\0'一起拷贝过去，不需要单独进行限制，最后更新string类数据个数。
（12）string类operator+=运算符重载函数实现
string& operator+=(char c)
{
push_back(c);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
实现
operator+=函数的原理push_back函数、append函数的原理是一样的，我们在这里直接进行对push_back函数、append函数进行复用。
（13）string类insert函数实现
void insert(size_t pos, size_t n, char c)
{
assert(pos <= _size);
if (_size + n > _capacity)
{
//扩容到_size+n
reserve(_size + n);
}
size_t end = _size;
//挪动数据
//当插入0位置时，end在结束时为-1，
//由于end为无符号整型，会整型提升为整数的最大值，会发生越界访问的错误,程序崩溃
while (end >= pos && end != npos)
{
_str[end + n] = _str[end];
end--;
}
//插入n个字符c
for (int i = 0; i < n; i++)
{
_str[i + pos] = c;
}
_size += n;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
//扩容到_size+len
reserve(_size + len);
}
size_t end = _size;
//挪动数据
//当插入0位置时，end在结束时为-1，
//由于end为无符号整型，会整型提升为整数的最大值，会发生越界访问的错误,程序崩溃
while (end >= pos&&end!=npos)
{
_str[end + len] = _str[end];
end--;
}
//插入字符串str
for (int i = 0; i < len; i++)
{
_str[pos + i] = str[i];
}
_size += len;
}
增加的成员变量：
//在string里面定义静态共有成员变量
public:
static size_t npos;
//在类外面进行初始化
size_t string::npos = -1;
①判断插入字符数据是否需要扩容，以及pos位置是否合法②在挪动数据的时候，
pos位置为0时，end在结束的时候为-1，因为end为size_t类型会整型提升为整型最大值，程序因越界访问直接崩溃。解决办法：①设置end变量类型为int类型，while循环判断框里的pos强转为0（库里面pos变量为无符号整型，同标准库里面的保持一致）③设置一个公有静态成员无符号整型变量npos，并且初始化为-1，附加一个判断条件end!=npos③进行字符数据的插入，_size += len;更新string对象数据个数。
（14）string类erase函数实现
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
//要删除的长度很长，或字符串很短
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
size_t end = pos + len;
while (end<=_size)
{
_str[pos++] = _str[end++];
}
_size -= len;
}
}
判断
pos位置是否合法，如果pos位置之后要删除的数据个数很大，直接在pos位置加'\0'进行限制；或者正常进行挪动数据覆盖进行删除（把‘'\0'一起挪动）。
（15）string类find函数实现
size_t find(char c, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = 0; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == c)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find( const char* s,size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
//pos位置开始
const char* ptr = strstr(_str+pos, s);
if (ptr)
{
//指针减指针为之间的字符个数，也为子串的起始位置
return ptr-_str;
}
else
{
return npos;
}
}
查找字符串使用
strstr子串查找函数进行查找，若查找成功，返回字符串第一次出现的位置，ptr-_str得到string类的下标位置，若查找失败返回空指针。
（16）string类substr函数实现
string substr(size_t pos = 0, size_t len=npos)
{
assert(pos < _size);
string tmp;
//判断拷贝长度
size_t n = len;
//if (pos + len > _capacity)
if (len==npos||pos + len > _size)
{
n = _size - pos;
}
//把子串的数据拷贝string类tmp
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
tmp += _str[pos + i];
}
return tmp;
}
①判断需要拷贝的
string类字符串长度，如果过长，从pos位置拷贝到string类末尾②把子串的数据拷贝string类tmp，并且返回tmp
（17）string类resize函数模拟实现
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _capacity)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i <n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
判断是减少
string类数据个数，还是增加数据个数。①若是减少string类数据个数，直接在对应的位置添加'\0'（不用进行缩容，考虑到后面还需要插入数据，反复进行扩容缩容，代价太大），_size = n;更新数据个数②若是增加string类数据个数，先进行扩容（若是存储容量足够，不需要扩容，否则就进行扩容，已在reserve函数中实现），插入字符c，_size = n;_str_size] = '\0';进行字符串限制和数据更新。
（18）string类流插入operator<<非成员函数模拟实现
ostream& operator<<(ostream& out, string& s)
{
for (int i = 0; i < s.size(); i++)
{
out << s[i];
}
return out;
}
①把
operator<<函数实现成非成员函数，是为了保证第一个参数ostream& out②在实现该函数时，没有直接out << s.c_str() << endl;输出，string类不看'\0'而终止，而是以_size数据个数为终止输出。
(19)string类string类流提取operator>>非成员函数模拟实现
//定义为类成员函数
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
//定义为非成员函数
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch = in.get();
while (ch == ' ' ||ch == '\n')
{
ch = in.get();
}
char buff[128];
size_t i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
//使用一个128字节大小的数组，把读取到的字符存放数组
//如果buff数组到127字符，一次性加载到string类对象
//此时还有字符没有读取完，继续存放在buff数组,直到读取完毕
//最后再把字符串加载到string类末尾
if (i == 127)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
buff[i++] = ch;
ch = in.get();
}
if (i != 0)
{
//当读取到buff数组的字符时，大于0小于127时
//进行最后一次追加拷贝
buff[i] = '\0';//进行字符串拷贝限制
s += buff;
}
}
①对
string类对象输入的情况，需要使用clear函数清除原有string类数据，重新对string类对象输入②istream流不能读取空格和'\n'，需要使用istream流中的get函数③考虑到拷贝数据个数太多，一个一个进行对string类拷贝需要，需要进行多次扩容；而不使用reserve函数进行开辟足够的空间，若空间开小了，达不到减少扩容的效果，若空间开大了，提取数据个数较小时，会造成空间浪费，所以选择128字节大小buff字符数组存储，进行适时拷贝。
(20)string类operator=运算符重载函数
传统写法实现：
//传统写法
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
memcpy(_str, s._str, _size + 1);
}
return *this;
}
开辟和
s对象的空间大小，进行数据拷贝
现代写法版本一：
//现代写法
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
string tmp(s);
swap(tmp);
}
return *this;
}
现代写法版本二：
string& operator=(string tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
使用拷贝构造函数构造一个临时对象
tmp，然后*this和tmp进行私有变量值交换，因为tmp是临时对象，在函数销毁时会自动调用析构函数，对tmp现在(this原来指向)的空间进行销毁！
(21)string类关系运算符重载
operator<函数
//版本一
bool operator<(const string& s)
{
size_t i1 = 0;
size_t i2 = 0;
while (i1 < _size && i2 < s._size)
{
if (_str[i1++] < s._str[i2++])
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
return _size < s._size;
}
//版本二简洁写法
bool operator<(const string& s)const
{
int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
}
版本一和版本二原理一样，先比较数据个数较小的string类的部分字符串，若是比较的数据内容相同，则判断数据个数大小，返回真值。
operator==函数
bool operator==(const string& s)const
{
return _size == s._size &&
memcpy(_str, s._str, _size);
}
函数复用实现
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);
}
2.string常用接口类函数实现源码
string.h文件
#pragma once
#include