C++—string类

本期我们来学习C++的string，本期内容相当的多，且有一定难度，需要大家静下心来看

目录

1.标准库中的string

1.1string类的介绍

1.2 string类的常用接口

构造函数、析构函数、赋值、拷贝构造

npos

push_back

append

operator[ ]

size

迭代器

reverse

sort

反向迭代器

const迭代器

max_size

capacity

reserve

resize

shrink_to_fit

at

insert

erase

replace

c_str

find

substr

rfind

find_first_of和 find_last_of

运算符重载

getline

to_string

模拟实现string

基本框架

增删查改

引用计数和写时拷贝

全部代码

---

我们日常生活中有很多信息只能用字符串表示，比如名字，住址，个人信息等等，我们之前在C语言学过str的各种函数，比如strlen，strcpy等等，但是这些函数不能满足我们的需求，所以C++以类的角度写了string，不仅可以完成C的功能，还能完成增删查改，以及各种算法，下面我们来对string进行学习

1.标准库中的string

1.1string类的介绍

1. 字符串是表示字符序列的类

2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。

3. string 类是使用 char( 即作为它的字符类型，使用它的默认 char_traits 和分配器类型 ( 关于模板的更多信息，请参阅basic_string) 。

4. string 类是 basic_string 模板类的一个实例，它使用 char 来实例化 basic_string 模板类，并用 char_traits和allocator 作为 basic_string 的默认参数 ( 根于更多的模板信息请参考 basic_string) 。

5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节 : 如果用来处理多字节或变长字符 ( 如 UTF-8) 的序列，这个类的所有成员( 如长度或大小 ) 以及它的迭代器，将仍然按照字节 ( 而不是实际编码的字符 ) 来操作。

总结：

1. string 是表示字符串的字符串类

2. 该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作 string 的常规操作。

3. string 在底层实际是： basic_string 模板类的别名， typedef basic_stringstring;

4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

在 使用 string 类时，必须包含 #include 头文件以及 using namespace std ;

 我们来用一下string

 

1.2 string类的常用接口

 string的成员函数非常多，有一百多个

 我们来随便看一看，首先是构造函数

构造函数、析构函数、赋值、拷贝构造

 构造函数实现了7个

上面是析构函数 

还有赋值

这么多的函数我们只需掌握常用的，大概二十多个，其余的我们在需要是查一下即可

我们先来学习构造函数

这里就是无参构造和有参的构造

 

还可以以一个数字，一个字符，来完成多个字符的初始化，这样我们可以省点力气

 

还有拷贝构造（s4）

我们再简单了解一下这三个

 3的功能是从pos位置开始拷贝len长度

 比如这里我们就是从下标为6的位置开始拷贝5个字符

我们在C语言时比较字符串要用strcmp，不过现在就不需要了

string类实现了重载，这里比较s1和s2我们要加上括号，原因是运算符的优先级问题

我们继续看3，3里面有个缺省参数，len = npos

npos

npos是一个静态成员变量，值为-1，因为是size_t类型，所以是整形的最大值

这意味着我们如果不给第三个参数它会拷贝到结尾的位置

 如果len太长，超过字符串长度，或者len是npos，直接取到结尾

我们可以靠这个操作分割字符串，这里是人工数的，后续我们会加上别的操作，就不用我们去数了

因为npos是一个非常大的数，所以我们在取结尾时非常方便，如果没有npos，我们写起来就很麻烦了

.size()可以计算长度，再减去28就是剩余多少

 

我们再看5的功能 ，是拷贝s字符的前n个进行初始化，第7个涉及迭代器，我们暂时不介绍

我们再看看赋值

可以支持多种写法，我们看到第三种方法使用的是单引号，这个还被吐槽过，没有必要 

push_back

 push_back可以在string后添加一个字符

比如我们在hello后添加一个空格，那如果还要添加一个world的话，我们也要一个一个写吗？答案是不用

append

我们可以使用append 

非常的方便，而且不像C语言那会，string这里会自动扩容

这还不是最牛的地方，我们看下面

我们可以直接使用+=，非常的舒服，体验直接上升一个档次 

这里有一个x，如果我们要把x转成string对象，该怎么办呢？ 

    size_t x = 0;
    cin >> x;
	string xstr;
	while (x) {
		size_t val = x % 10;
		xstr += ('0'+val);
		x /= 10;
	}
	cout << xstr << endl;

我们来看结果

其实还是有点问题的，我们逆置一下即可（一会儿会讲一些方便的函数）

string是一个管理字符数组的类（其实就是字符数组的顺序表）

下面我们来看一个比较重要的重载 

operator[ ]

重载的是方括号，方括号本质是一种解引用，让数组可以访问它的数据

现在我们就可以访问它的每一个字符了，用下标加方括号

我们可以看到，两种方式访问的结果是一样的，只是第一种是直接打印，第二种是一个一个的打印，第二种相对更加自由

上面我们用到了size，我们来看看size

size

 大家再想一想，我们知道字符串的结尾是\0，那我们上面可以访问到\0吗？

我们打印一下size，发生并没有统计\0，原因是\0不算有效字符，是特殊字符，是标识字符串结束的特殊字符，这里和C语言的strlen一样，都没有算\0

有人可能回想在size后+1是不是可以访问到\0？ 我们看结果发现好像什么也没有变化

有些编译器下，\0是不会被显示的打印出来，其实这里已经访问到\0了，只是没有显示出来

我们打开监视也是看不到的 

但是在这里是可以看到的 ，我们要点开各种底层

这里就可以看到了，这块内容我们未来学习底层会进行讲解

 我们再回过头来看operator[ ]，它实现了两个，一个是普通对象的，一个是const对象的

我们可以给每个字符都修改一下

我们可以像数组一样使用，增删查改，非常方便

这里看起来很像，其实底层是天差地别的 

a是数组名，代表首元素地址，s3[1]会变为*(s3+1)

而s1是自定义类型，会调用operator[ ](1);

 我们可以看到call是调用了operator[ ] 的，前面有一个很长的东西，这是string的类型，我们后续会讲这是为什么

 了解了上面的内容，我们下面开始学习迭代器

迭代器

我们现在可以把迭代器理解为像指针一样的东西

比如说我们有一个string对象，它大概就是这样的结构，在堆上开了空间，然后指针指向这个空间，然后把常量字符串拷贝过来

迭代器就是增加一种访问方式，我们先来看迭代器怎么使用

我们先记住迭代器怎么写，至于为什么这样写，我们后面会讲

 s1.begin会返回hello world的开头位置的指针（不一定是指针，我们先想象为指针）

end会返回\0的位置（左闭右开的区间），*it开始是h的位置，所以++it会让它往后走，下一次就是e，然后就是llo

迭代器是像指针一样的类型，有可能是指针，也有可能不是，我们后续会慢慢接触

任何容器，begin都是第一个位置的迭代器

那迭代器能否修改呢？答案是可以的

我们先解引用，再--，就修改了数据

我们的访问方式多种多样，但是我们之前学习过范围for，其实范围for才是我们的最爱 

我们再回忆一下，我们这里进行了++，但是发现输出结果没有改变，这是因为这里是依次取字符拷贝给ch，然后++，本体并没有变化，所以我们应该加引用

加上引用就变化了

其实，范围for的底层会替换为迭代器，也就是说根本就没有什么范围for，都是迭代器罢了

 我们看底层，其实也是begin和end

 如果一个类不支持迭代器，就不支持范围for，比如栈就不支持

迭代器的另一个好处是通用，如何容器都支持迭代器，并且用法是类似的

比如我们后面要学的vector，我们发现，代码基本是一样的 

list也同理，也就是说，我们学一个迭代器，其他就基本都会了

 这里还有一个问题，很多人可能会以为下标加方括号是主流的访问方式，但是string可以用，vector可以用，那list呢？

答案是不能，因为只有连续的空间（数组结构）才能重载方括号，比如树也是不行的，但是他们都是可以用迭代器的

总结一下：iterator是像指针一样的类型，有可能是指针，有可能不是指针，iterator提供了一种统一的方式访问和修改容器的数据

下面我们来简单看看算法，这里我们讲算法的主要目的是为了演示迭代器

首先，算法是怎么作用的数据上的呢？数据在容器里，算法是不能直接访问到容器的，因为容器里的数据是私有的

我们先简单看看

reverse

 reverse是逆置的意思，是通用的，无论列表，数组都可以使用，传的参数是左闭右开的区间

这里的两句代码调用的也不是一个函数，因为我们看上面的reverse，是函数模板 

有了迭代器，我们直接使用范围for，非常的舒服 

sort

 还有sort，传的也是迭代器

 另外，这里的列表是不支持sort的，具体原因我们之后再谈

上面我们讲了迭代器的第二个作用，跟算法进行配合

所以算法就可以通过迭代器出处理容器中的数据

迭代器除了普通的迭代器，还有反向的迭代器，比如有时候我们需要倒着遍历

反向迭代器

反向迭代器是reverse_iterator，我们来使用看看

 

 反向迭代器调用的自然也是rbegin和rend，我们发现确实反向了

rbegin是最后一个数据的位置，rend是第一个数据的前一个位置 

我们这里调用反向迭代器，非常的麻烦，前面写那么长，还要写string，reverse，所以我们可以用auto

 使用起来非常方便，我们想修改数据也是可以的

这里就进行了修改

仔细想想我们就可以发现，范围for是有局限性的，它是不可以倒着遍历的，只有反向迭代器才能倒着遍历

我们再看一些使用场景

我们这里传s1，其实是不愿意这样传的，因为这里会调用拷贝构造，这里是深拷贝，代价极大

所以我们要加const引用

 我们在里面写点代码

我们看，这里编译是不通过的

原因是const对象不能用普通迭代器，要使用const迭代器

const迭代器

 普通迭代器可以读可以写，const只能读不能写

这样就可以通过了 ，如果要倒着遍历，也是类似的

原因也是一样，需要使用const的迭代器 

 

这样就可以了，但是，这样写太长了，直接用auto就可以了，也就是我屏蔽掉的那一行auto

 总结一下，我们现在学习了四种迭代器

前两种是正向迭代器，后两种是反向迭代器，1和3可以读可写，2和4是只读（给const对象使用）

下面我们再看看容量相关的

 我们看到有size和length，发现他们的解释是一样的

运行结果也是相同，这其实是和C++的发展史有关

containers是容器的意思，但我们发现里面其实并没有string

严格来说，string不属于stl，是属于标准库的，stl是属于标准库的一部分，string比stl产生的早一点

上面的接口，string上面定义的是length，在stl出来后加了size，因为列表这些都可以叫length，但是树叫length是不合适的，所以就有了size

我们一般推荐使用size

max_size

我们来看max_size，意思是最大长度

 最大长度是21亿，但是我们换个编译器就可能有变化

比如vs的13下就是42亿，这个函数有点不靠谱 

stl是一个规范，有很多版本，底层实现大同小异，所以不同版本的底层都是有差异的

比如这里对于max_size就是不同的，max_size在实际中毫无意义，但因为向前兼容的问题，是不能删除的

capacity

我们再看capacity

 是15，我们再换一个编译器，换到Linux下

 

 结果是不一样的，我们再看扩容机制

 除了第一次是二倍，后续大概都是1.5倍，我们再看看Linux下的

 Linux是二倍扩容

vs下最开始的长度其实是16（还有一个\0），第一次扩容后其实是32，上面的没有算 \0

clear是清理数据的意思

大家先想一想clear可能会让size改变，那会不会让capacity改变呢？

 

答案是不会，同样的，我们来看下Linux下

 

 也是一样的 ，空间是很多的，一般情况下是不会轻易释放空间的，因为最后是有析构函数做保底的

下面我们做些练习题

这道题是大数相加，有些数太大，我们的int，甚至long long都保存不下，比如99个9，这时就有人想到把数据保存到字符串里，所以就有了这种题，我们下面来看代码

class Solution {
public:
    string addStrings(string num1, string num2) {
        int end1=num1.size()-1,end2=num2.size()-1;
        string strRet;
        int carry=0;
        while(end1>=0 || end2 >= 0){
            int val1 = end1 >= 0 ? num1[end1]-'0' : 0;
            int val2 = end2 >= 0 ? num2[end2]-'0' : 0;
            int ret = val1 + val2 + carry;
            carry = ret/10;
            ret = ret%10;
            strRet += ('0'+ret);
            --end1;
            --end2;
        }
        if(carry==1){
            strRet += '1';
        }
        reverse(strRet.begin(),strRet.end());
        return strRet;
    }
};

 我们设置end1和end2取两个字符串的尾部，val1和val2负责保存并转换为数字，strRet是我们最后返回的字符串，ret是我们临时保存val1+val2+carry的值，carry是进位的意思，比如9+9=18，这里carry就是1，然后让strRet保存8即可，因为是字符和整形转换，所以我们要注意加减字符0，最后还要判断一下，如果carry为1时，strRet最后还是要加1的， 因为我们是从最后一位开始保存的，所以最后需要逆置一下

我们回过头继续看capacity

我们知道，扩容是要付出代价的，那我们有什么办法可以减少代价呢？

reserve

所以就有了reserve，他的英语单词和reverse非常像，但reserve是保留的意思

我们看他的参数，有一个n，假设我们知道我们的string要插入100个字符，我们就可以

 就不需要我们后续开空间了，已经提取开好了，至于这里为什么是111，这是和vs的对齐机制有关的，另外，如果在Linux下的话，这里给的就是100，所以不同的平台走的是不同的，不管在哪一个平台，这里一定会大于等于100

我们仔细看reserve的文档，他说在一些情况是会缩容的，我们来验证一下

在某些情况下，他确实是会缩容的，比如我们先开100个空间，然后clear，再reverse，就缩容了，和clear也有点关系，这里是否用for循环填满空间不影响结果

如果有数据，就不会缩容，clear清空一下，就会缩容了

resize

我们再看resize，resize是扩容加填数据

 reserve只对capacity进行改变，是单纯的开空间，resize是开空间加填值初始化

 默认填的是0

当然我们想自己设置也是可以的 

resize开空间时，如果n比我们的空间大，他会扩容，如果比空间小的话，他是会删数据的

我们看到size从100变成了20，相当于把后面的数据全删了 

另外，这里是不会缩容的，resize(0)也不会缩容，缩容是要付出代价的，所以一般情况都不会缩容

 如果我们就想要缩容，我们可以

shrink_to_fit

他会将capacity减少到size，可能比size大，因为有对齐等等的原因

operator[ ]可以让我们把string像数组一样使用，返回pos位置的字符，我们可以随意修改，但是const不能修改，这两个接口构成重载 

at

 at的更能和[ ]是一样的，但我们平时不喜欢用，at是早年没有运算符重载时提供的，我们了解一下即可

 at和[ ]的区别是越界的检查，at是抛异常，[ ]是断言

这里[ ]就是断言错误

at是异常，异常需要我们捕获 

 append是字符串，push_back是一个字符，不过我们平时基本都使用+=

我们再看assign，是赋值的意思，我们来对比一下

实际中我们也基本不用assign，大家了解即可 

insert

 我们再看insert，他是在pos位置插入一个字符串，或者字符串的前n个

 方式多种多样

还可以是迭代器 ，如果我们也想用迭代器在中间位置插入，我们可以

 insert我们要谨慎对待，因为有数据挪动，不宜多用

erase

我们再看erase，是从pos位置删除n个字符

比如这里我们就把world删除了

如果我们只给其实位置，他就是一直删，直到结尾，如果我们连这个5也不写，就是全部删除 

 

给迭代器也是可以的，这里就变成了头删

同样因为数据挪动的原因，不宜多用

replace

再看replace ，是替换的意思，上面的（1）是把pos位置开始的len个字符替换为string

我们简单看看

 大致就是这样一个样子，同样的，还是因为数据挪动问题，不宜多用

c_str

 c_str是返回底层的存储的字符串

 第一个s1是调用string的流插入，下面的是char*

c_str是为了和c语言的一些接口更好的配合

比如我们打开一个文件，我们是不能直接传filename的，但是有了c_str就可以这样写 

find

 find就是查找，字符串和字符都可以查找，这里的pos从pos位置开始进行搜索，会返回找到的第一个位置，没有找到返回-1

我们来用find做个练习，随便给定一个网址，将协议，域名，资源名分开

substr

这里我们结合substr， 这是截取子串，pos位置开始截取len个

int main() {
	string url = "https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/";
	//协议，域名，资源名
	size_t pos1 = url.find("://");
	string protocol;
	if (pos1 != string::npos) {
		protocol = url.substr(0, pos1);//当前位置的下标是前面的数据个数
	}
	cout << protocol << endl;

	string domain;
	size_t pos2 =url.find('/',pos1+3);//pos1+3是查找的其实位置，防止返回://的/，我们要的是com后面的/
	if (pos2 != string::npos) {
		domain = url.substr(pos1+3,pos2-(pos1+3));
	}
	cout << domain << endl;

	string uri;
	uri = url.substr(pos2 + 1);//只给起始位置，会一直截取到结尾
	cout << uri << endl;
}

此时我们随便换网站都是可以的，我们之前写的是写死的

rfind

除了find，有时候我们还需要rfind，比如查找最后一个单词的长度或者查找文件的后缀

rfind和find完全是类似的，只不过rfind是从后往前找

find_first_of和 find_last_of

  再看find_first_of还有find_last_of，下面为了方便，简称firstof和lastof

firstof是找任意一个，我们来试一试

 这段代码就是把所有的aeiou替换为*

lastof和firstof的功能是一样的，只不过是从后往前找

还有find_first_not_of和 find_last_not_of，他们的是找不是这里面的，比如我们上面的aeiou，他查找的为不是aeiou的，和上面两个是反正来的，同样的，first是从前向后，last是从后向前

还有运算符重载，大家了解即可

运算符重载

+和+=，+是不改变自己 ，+=是改变自己

getline

然后就是getline 

我们借助这道题来讲解 

这里的代码非常简单，我们直接来看这个问题，这是什么原因？我们在vs下测试一下大家就明白了

原因是空格和空格之后的字符都没有被录入，scanf和cin都有一个特点，多个值之间遇到空格或者换行，认为这次读取结束，剩下都在缓冲区

我们读取两次就可以验证 

所以此时就需要getline ，我们看getline的参数，第一个是istream，第二个是字符串，第三个是结束符，我们可以自己控制在哪里结束，默认是换行符

大家还记得C语言中字符串和整形间的转换吗？还有字符串和浮点数之间的转换

整形是itoa和atoi函数，浮点数没有，要自己写，我们来看C++是怎么玩的

to_string

我们直接来试一试（C++11支持）

 非常强大，我们再看字符串转整形怎么实现

默认是按10进制转，这个我们是可以控制的

还有转浮点数的 

所以我们使用这些函数会非常方便

 

最后我们再看string，string是模板，是typedef的，他的本源是basic_string

为什么要写成模板呢？

 因为还有wstring，u16和u32，要兼容这些版本，这些东西和编码有关，目前我们先了解一下即可

我们接触过的编码就有ASCII码，ASCII是美国的，所以不能表示汉字，于是我们就自己设计了gbk编码，还有一个就是国际上的unicode，叫做万国码，他要将全世界的文字收录，所以上面的这几个都是为了更好的表示其他国家的文字而设计的

在实际中，我们使用较多的是utf-8，他是一个变长的，可以兼容ASCII等等，大家感兴趣可以了解一下

模拟实现string

下面我们来模拟实现string

基本框架

我们先把基本框架写下

  

我们先看构造函数，我们是不能这样初始化的，因为上面是const char*，下面是char*，涉及权限放大问题，另外，万一传入的是一个常量字符串，这里都不能修改了，所以string的构造函数不能用字符串去初始化，要去开空间，我们尽可能使用初始化列表初始化

 最后我们写成这样，有人可能会把初始化列表里的顺序换一下

这样看起来没有毛病，但是别忘了，初始化列表的初始的顺序不是按照我们写的顺序，而是声明的顺序，即按找private里属性的顺序来初始化，所以这里如果我们运行的话是会出现错误的

我们测试一下，为什么预期结果和我们想的不一样，没有字符？因为我们上面只开了空间，而没有把数据拷贝过去

 

此时我们再测试就没问题了，所以大家一定要注意细节

我们的代码还有一点问题，strlen是一个o(N)的接口，是实时去算的，我们初始化用了三遍是非常费时间的 ，还有为了解决乱移动代码顺序问题，我们修改一下

 下面我们再实现一下析构函数和c_str，实现c_str后我们就不用再一直看监视窗口了，方便一点

这两个实现非常简单

 

我们简单测试一下

我们再按照实际需求，假设我们需要一个无参的构造函数，所以我们要实现一下默认构造

先看这个，这样写是错误的，_str这里不能给nullptr，否则我们的c_str就悬空了，会崩掉

如果我们使用标准库的sting，定义一个无参的string，他的里面只有一个\0 

所以我们应该这样写，我们合并一下两个构造，无参的带参的使用全全省的即可

我们先看这两种错误的，这两种错误是新手们经常犯的，第一个错误的原因是\0是char，而str是char*，类型都不匹配 ，第二种如果给空的话，下面的strlen就直接崩了

其实我们什么都不用给就可以了 

 我们看到这里的空串其实是有\0的，这个\0是哪来的呢？其实是常量字符串末尾默认是有\0的

然后strcpy就把\0拷贝过去了

如果我们要遍历字符串，是需要知道size的

我们直接返回即可，这个函数和c_str我们最好在后边加上const ，原因是const可以被const对象调用，是权限的平移，他修饰的是this指针指向的对象，普通对象也可以调用，是权限的缩小

下面我们再实现一下operator[ ]，这样我们就可以像数组一样去使用string

我们使用assert，返回pos位置的字符，并且这里可以返回引用，因为出了作用域_str还在，他是对象的成员，用引用返回我们可以读，也可以写

 而且我们要提供两个版本，这里我们要多看文档

 

 比如只有const版本，因为只用读，不用写

这个就有两个版本，第一个是可以读可以写，第二个个只读，当是const对象时，期望不能修改，所以只读，构成函数重载 

 我们简单测试一下，这里就可读可写

而当是const时就不能修改 ，编译器会自动寻找最匹配的

我们再来实现一下迭代器

我们知道迭代器有begin和end，begin是开始的位置，end是最后一个位置的下一个位置（\0不是有效字符）

就是这个样子

 

我们简单实现一下

 我们还可以用范围for

 写了迭代器就支持范围for，在底层范围for就被替换成了迭代器

我们可以证明一下，我们把迭代器的end屏蔽掉

然后就会出现这样的错误 ，编译器的底层就是傻瓜式的替换而已，名字都需要是一样的，我们改一下名字都不行

那const对象调用迭代器呢？const对象只能读不能写

 const char*即可

我们简单测试一下，*cit+=1是不允许的 ，const迭代器是只读的

这一串写起来太长了，我们是可以 使用auto的

增删查改

下面我们来实现push_back和append

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size >= _capacity)
			{
				//2倍扩容
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);//这里的判断是防止空串初始化容量为0
			}
			_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);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}

 我们添加时都是需要先判断是否需要扩容，所以我们写一个reserve，逻辑也很简单，下面我们测试一下

是没有问题的，我们在实际中其实最喜欢的是+=这些，所以我们来实现一下

        string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}
		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}

我们基于前面的代码实现即可，然后我们测试一下

也没有问题

我们再实现一下insert

        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
			int end = _size;
			while (end >= (int)pos)
			{
				_str[end + n] = _str[end];
				--end;
			}
			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				_str[pos + i] = ch;
			}
			_size += n;
		}

 我们先看pos位置插入n个字符的版本，这里挪动数据end设置为int，下面pos强转int，原因是pos如果为0，size_t类型是不会为负数，也就是说while循环是死循环了，我们只把end写成int也不行，因为pos不强转为int的话，在比较时就会发生整形提升，把end转换为无符号的，这是一个解决方案

第二种方法是我们挪动的时候直接把end设置为结尾位置，然后挪动，这样就不会有0的问题，不过这样写出来不太好看，我们来看第三种

我们给定一个npos 

然后我们在挪动数据这里加一个条件即可

我们测试一下，没有问题 

        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;
			}
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				_str[pos + i] = str[i];
			}
			_size += len;
		}

再来看插入字符串的版本，和上面的基本差不多，我们测试一下

没有问题 

        void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (len == npos || pos + len >= _size)//说明要删完
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else 
			{
				size_t end = pos + len;
				while (end <= _size)
				{
					_str[pos++] = _str[end++];
				}
				_size -= len;
			}
		}

我们再实现erase，也是非常简单

 测试一下也没有问题

增删查改我们还差一个查，我们来实现find

find查找字符串我们使用暴力匹配，为什么不用kmp呢？因为实际中kmp其实并不好，甚至strstr这个函数都是暴力匹配写的，一般不要求效率的话都使用暴力匹配，如果大家想换一种写法的话可以去了解一下BM算法

        size_t find(char ch,size_t pos = 0)
		{
			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 = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
			if (ptr)
			{
				return ptr - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
			return npos;
		}

我们借助strstr就可以轻松实现find，我们再测试一下

没有问题 

我们再写一个substr，截取子串，而且我们还要写拷贝构造

        string(const string& s)//拷贝构造
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}

我们要开一个一样大的空间来完成深拷贝

        string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
   		{
			assert(pos < _size);
			size_t n = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)//长度超过size
			{
				n = _size - pos;
			}
			string tmp;
			tmp.reserve(n);
			for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
			{
				tmp += _str[i];
			}
			return tmp;
		}

代码也非常简单，我们再测试一下

没有问题 

我们再实现一下resize

        void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n < _size)
			{
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
			{
				reserve(n);//直接调用reserve检查看是否扩容
				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
		}

代码逻辑也非常简单，我们再测试一下

我们和标准库的对比一下，没有问题 

我们再来插入一下流插入和流提取，流插入和流提取涉及抢占第一个位置的原因，不能写成成员函数，所以我们写成全局函数

 我们先这样写，发现报错了，原因是这里涉及到防拷贝的知识，大家现在先了解一下，后面我们会讲，我们修改一下 

ostream& operator<<(ostream& out, const bai::string& s)
{
	/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)//两种方法都可以
	{
		out << s[i];
	}*/
	for (auto ch : s)
	{
		out << ch;
	}
	return out;
}

代代码一样很简单，我们再测试一下

 此时我们就可以不用c_str来打印了

这里再说一下，函数参数里的bai::string，我们也可以把他放到命名空间里，这样就不用加前缀了

那这样打印和c_str有什么区别呢？

c_str是返回c的字符串，打印的是const char*，是内置类型，遇到\0就终止

而流插入是不管\0的，有多少字符就打印多少字符，目前是有bug的，但我们目前不用管，我们简单实现就行，我们来测试看看区别就明白了

 这里大家就可以看到他们的区别了

这里的bug很麻烦，我们中间有\0的话，我们上面的实现就得改很多内容，我们使用了非常多的str函数，比如strcpy等等，遇到\0就终止，我们都得修改，如果不用strcpy的话，我们得用memcpy

我们来看一个bug，就用拷贝构造举例

 strlen是不用替换的，因为c语言的字符串结束位置是\0，而string的结束位置是看size的

所以我们把strcpy替换为memcpy

修改完后就没有问题了 ，大家要记得把strcpy都替换掉，比如reserve，append那里，也会有bug

在结尾我会把代码全都附上，大家也可以到时候去对比 

我们再看流提取，直接说结论，这样写是错误的，我们输入换行和空格是不能结束的，我们来看一段程序

我们要输入多个字符，中间是以换行或者空格为分割的，流是认为换行和空格是分隔符 

 这个问题在整形里尤为明显 

如果没有换行和空格，是不知道输入的到底是什么，比如第二张图的123，这是1，2，3还是123？

此时我们就需要get，无论是什么字符都可以拿过来

另外，我们使用cin对于同一个string每次输入是独立的，但我们现在不是，我们测试一下就明白区别了

我们的代码不会覆盖掉之前的内容，所以我们需要一个clear函数 

clear函数非常简单，这里就不多说了

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch = in.get();
		//in >> ch;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			s += ch;
			//in >> ch;
			ch = in.get();
		}
		return in;
	}

 我们看流提取，再测试一下

此时就没有问题了 ，不过我们的代码还可以再优化一下，while里面有个+=，怎么看怎么难受，我们一次输入很长的字符串时，会多次扩容，所以我们修改一下

    istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch = in.get();
		//in >> ch;
		char buff[128];
		int i = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127) //要给\0留一个位置，所以不是128
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			//s += ch;
			//in >> ch;
			ch = in.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}

这里就相当我们用了一个桶，水满了或者接完了我们再放入， 而之前的代码相当于一滴一滴的接 

此时我们的问题都解决了码？没有，如果我们一上来就输入空格，然后输入数据呢？官方的库是可以拿到数据的，而我们的是拿不到数据的，我们下面来解决这个问题

我们加上框里的代码就可以了

我们平时运行代码时看着一行就完事了，其实当我们自己上手的话，会发现有很多很多的问题，所以，任重而道远啊

我们再来写比较大小，string的比较是按ASCII码比较的

 字符串的比较都是按ASCII比较的

我们简单写写，不过这样写还是有bug的，遇到中间\0的还是有问题

用memcmp也是有问题的，坑非常多，首先memcmp要给一个长度，我们给定两个字符串中长度小的那一个，但是还有问题，比如这两个字符串，hello和helloxxx，这样结果就变成相等了，长度+1也不行，比如前面的中间\0问题，一个是hello\0xxxx，一个是hello\0yyyy，问题非常多

        //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 if (_str[i1] > s._str[i2])
		//		{
		//			return false;
		//		}
		//		else
		//		{
		//			++i1;
		//			++i2;
		//		}
		//	}
		//	//到这里说明字符串前面部分一样
		//	/*if (i1 == _size && i2 != s._size)
		//	{
		//		return true;
		//	}
		//	else
		//	{
		//		return false;
		//	}*/
		//	//return i1 == _size && i2 != s._size;//这2种更简洁
		//	return _size < s._size;
		//}
		bool operator<(const string& s)//复用版本
		{
			bool ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
			return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;//ret<0是第一个小于第二个
		}
        //3个测试用例及答案
        //"hello" "hello" false
		//"helloxx" "hello" false
		//"hello" "helloxx" true 

我在这里提供了多种版本，代码的逻辑有点绕，各位最好自己画一下，再对比后面的三个测试例子就明白了

有了小于，大家就可以轻松写出其他的比较，记得使用复用可以写起来更加简便，比如我们写大于等于就可以用小于取反

        bool operator==(const string& s) const
		{
			return _size == s._size &&
				memcmp(_str, s._str,_size) == 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);
		}

全部复用即可，最后再全部加上const

下面我们再实现赋值，也就是=，我们要实现深拷贝

        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;
                _size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
			return *this;
		}

这样就搞定了 

 不过上面是传统写法，都什么年代了还在写传统代码，接下来看现代的写法

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

 这里是先用拷贝构造，把tmp开辟一个和s一样大的空间，然后tmp出了作用域就会销毁，所以把内容全部换一下就ok了

另外这里是不能和*this换的，会出现栈溢出的问题，我们这里是赋值，然后调用swap，swap的是两个string对象，又是赋值，死循环递归了

 要交换成员才可以

        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);
				//this->swap(tmp);两种都可以
				swap(tmp);
			}
			return *this;
		}

最后我们把swap分出来，就变成了这样，当然，还可以继续简化

        string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);
			return *this;
		}

是不是很神奇？这个写法是全自动的，比如我们写s1=s2，这里tmp一上来就是s2的拷贝，还是深拷贝，也就是会先调用拷贝构造，出了作用域tmp还会调用析构函数

拷贝构造也可以使用现代写法，我们来实现一下

        string(const string& s)//拷贝构造
			:_str(nullptr)
			,_size(0)
			,_capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}

我们需要对数据进行初始化一下，因为内置类型编译器不做处理，这种写法是调用了构造函数

但是这种写法是有问题的，在中间是\0的时候就会出问题

s4这里后面是没有xxxx的，所以我们建议还是用传统的

引用计数和写时拷贝

写时拷贝这个概念我们了解一下即可，深拷贝的代价是很大的，有时候我们只拷贝，不做别的事情，是很浪费的，我们对比浅拷贝，浅拷贝的问题是会析构两次，一个对象修改会影响另一个对象，所以就出现延迟拷贝（写时拷贝）

他在这里加一个一个引用计数， 只有s1指向时是1，s2也指向时就变成了2，当s3也指向时就变成了3

这样做的话当s2释放时不析构，他会减一下引用计数，s1再释放时再次减少，引用计数变为0，此时才会析构，也就是最后走的一个人关灯

再看第二个问题，如果要修改，发现引用计数是2时，就不能修改，此时就会发生写时拷贝，即写的时候，引用计数如果不是1，就进行深拷贝，再修改

比如s1和s2指向一个空间，然后要修改s2，就会深拷贝，引用计数也会拷贝过来，然后就可以修改了 ，Linux下就使用的是这个

最后，我在这里附上我们模拟实现的全部代码

全部代码

#include
#include
#include
#include
using namespace std;
namespace bai
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;//迭代器
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		typedef const char* const_iterator;//const迭代器
		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

		/*string()
			:_size(0)
			,_capacity(0)
			,_str(new char[1])
		{
			_str[0] = '\0';
		}*/
		//string(const char* str = '\0')//构造函数
		//string(const char* str = nullptr)//构造函数
		string(const char* str = "")//构造函数
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			//strcpy(_str, str);
			memcpy(_str, str,_size+1);
		}
		string(const string& s)//拷贝构造
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			//strcpy(_str, s._str);
			memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}
		//string(const string& s)//拷贝构造
		//	:_str(nullptr)
		//	,_size(0)
		//	,_capacity(0)
		//{
		//	string tmp(s._str);
		//	swap(tmp);
		//}
		//string& operator=(const string& s)//赋值
		//{
		//	if (this != &s)
		//	{
		//		char* tmp = new char[s._capacity+1];
		//		memcpy(tmp, s._str, s._size+1);
		//		delete[] _str;
		//		_str = tmp;
		//		_size = s._size;
		//		_capacity = s._capacity;
		//	}
		//	return* this;
		//}
		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);
		//		//this->swap(tmp);两种都可以
		//		swap(tmp);
		//	}
		//	return *this;
		//}
		string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);
			return *this;
		}
		~string()
		{
			if (_str)
			{
				delete[] _str;
				_str = nullptr;
				_size = _capacity = 0;
			}
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				//strcpy(tmp, _str);
				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);//直接调用reserve检查看是否扩容
				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);//这里的判断是防止空串初始化容量为0
			}
			_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);
			}
			//strcpy(_str + _size, str);
			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
			/*int end = _size;
			while (end >= (int)pos)
			{
				_str[end + n] = _str[end];
				--end;
			}*/
			size_t end = _size;
			while (end >= pos && end != npos)
			{
				_str[end + n] = _str[end];
				--end;
			}
			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;
			}
			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)//说明要删完
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
				_str[_size] = '\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)
		{
			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 = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
			if (ptr)
			{
				return ptr - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
			return npos;
		}
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t n = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)//长度超过size
			{
				n = _size - pos;
			}
			string tmp;
			tmp.reserve(n);
			for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
			{
				tmp += _str[i];
			}
			return tmp;
		}
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}
		 
		//"hello" "hello" false
		//"helloxx" "hello" false
		//"hello" "helloxx" true 
		//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 if (_str[i1] > s._str[i2])
		//		{
		//			return false;
		//		}
		//		else
		//		{
		//			++i1;
		//			++i2;
		//		}
		//	}
		//	//到这里说明字符串前面部分一样
		//	/*if (i1 == _size && i2 != s._size)
		//	{
		//		return true;
		//	}
		//	else
		//	{
		//		return false;
		//	}*/
		//	//return i1 == _size && i2 != s._size;//这2种更简洁
		//	return _size < s._size;
		//}
		bool operator<(const string& s) const//复用版本
		{
			bool ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
			return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;//ret<0是第一个小于第二个
		}
		bool operator==(const string& s) const
		{
			return _size == s._size &&
				memcmp(_str, s._str,_size) == 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);
		}
		
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		static size_t npos;
	};
	size_t string::npos = -1;

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)//两种方法都可以
		{
			out << s[i];
		}*/
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch = in.get();
		while (ch == ' ' || ch == '\n')//处理缓冲区前的空格或者换行
		{
			ch = in.get();
		}
		//in >> ch;
		char buff[128];
		int i = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127) //要给\0留一个位置，所以不是128
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			//s += ch;
			//in >> ch;
			ch = in.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
};

以上即为本期全部内容，希望大家可以有所收获

如有错误，还请指正