【C++ • STL】探究string的源码
文章目录
- 一、深浅拷贝
- 二、传统版写法的string类（简单）
- 三、string类的模拟实现
- 四、现代版写法的string类
- 五、总结
ヾ(๑╹◡╹)ﾉ" 人总要为过去的懒惰而付出代价ヾ(๑╹◡╹)ﾉ"
一、深浅拷贝
浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。
浅拷贝：（1）析构两次，造成程序崩溃（2）一个对象修改影响另外一个
如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
编译器默认生成的拷贝构造，是浅拷贝，会是两个对象指向同一块空间，当程序结束的时候，那么两个对象都会进行销毁，那么一块空间就会进行多次释放，从而引起崩溃。
深拷贝：给每一个对象分配资源，保证多个对象之间不会因为共享资源而导致多次释放造成程序崩溃。
二、传统版写法的string类（简单）
#pragma once
#include 赋值运算符重载也会有深浅拷贝的问题。赋值，对象本身是有值的【拷贝的时候，如果空间小，就会不够，空间大，就会造成资源浪费】
三、string类的模拟实现
string的增删查改以及使用string【传统】
基本框架：
#pragma once
#include 构造函数+析构函数：
写法1：
//构造函数
string(const char* str)
:_size(strlen(str))
,_capacity(_size)
{
_str = new char[strlen(str) + 1];//这里的+1，是为了'\0'开辟空间
strcpy(_str, str);//拷贝的时候'\0'也拷贝了
}
string()//注意，这里不是给的空，而是给了一个空的字符串//标准库里的就是给了一个""
:_size(0)
,_capacity(0)
{
_str = new char[1];
_str[0] = '\0';
}
- 构造函数：初始化列表，初始化的顺序并不是初始化列表的顺序，而是成员变量在类中的声明次序。
- 构造函数：注意默认的构造函数【编译器自动生成、缺省、函数重载】，默认的构造函数这里选择写一个同名函数，注意这里并不是给一个空指针，而是给了一个空字符串。
写法2：（最优写法）
string(const char* str = "")//这里默认值不能给nullptr，strlen以及拷贝strcpy会崩溃
:_size(strlen(str))
,_capacity(_size)
{
_str = new char[strlen(str) + 1];//这里的+1，是为了'\0'开辟空间
strcpy(_str, str);//拷贝的时候'\0'也拷贝了
}
//析构函数
~string()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;//好习惯
_size = 0;
_capacity = 0;
}
}
- 缺省值这不能给nullptr，strlen以及拷贝strcpy时程序会崩溃
- 注意初始化列表
- strcpy注意，拷贝的时候’\0’也拷贝了
- new开空间的时候，一定要多开一个给’\0’
拷贝构造+赋值重载函数+其他：
//拷贝构造（深拷贝）
//s2(s1)
string(const string& s)
:_size(strlen(s._str))
,_capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
}
//赋值，也会有深浅拷贝的问题
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)//避免自己给自己赋值，会导致值被释放，就会变成随机值
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
//目的为了输出字符串
const char* c_str() const
{
return _str;
}//返回c格式的字符串
char& operator[](size_t pos)//这里仅仅可以传入对象，不能传入const对象，如果是const对象，就会报错
{
assert(pos < _size);//注意这里的范围
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const//这里就可以传入const对象
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//这里的const修饰的是this指针指向的对象const string s;
size_t size() const//写const，普通对象以及const对象都可以调用,如果不加const对象就不可以调用
{
return _size;
}
size_t capacity() const//写const，普通对象以及const对象都可以调用
{
return _capacity;
}
添加：
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
void reverse(size_t n)//一个扩容的作用
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;//注意这里的释放不是free
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _size)
{
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
if (n > _capacity)
{
reverse(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)
{
reverse(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);//如果是一个空字符串，就会导致并没有扩容,
//扩容要注意刚开始没有容量的情况下
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';//注意\0，容易遗漏
}
//append插入的字符个数是未知的，扩容二倍也不一定足够
void append(const char* str)
{
size_t len = _size + strlen(str);
if (len > _capacity)
{
reverse(len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size = len;
}//但是我们一般用+=
- 判断容量是否满，如果 _size= _ capacity,容量扩2倍，new一个新容量的空间,释放旧空间，最后指针指向新的空间。
- append （append插入的字符个数是未知的，扩容二倍也不一定足够：解决办法：reverse预留空间【一个扩容的作用】）
- reverse 为string预留空间，避免多次扩容（提高效率）
- resize用处：扩空间+初始化；删除数据保留前n个
插入：
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);//这里的=_size相当于尾插
//注意，这里容易忘记，size_t就已经大于等于0了，所以在这里我们主要保证pos是小于_size即可
if (_size == _capacity)
{
reverse(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
}
//不可以用strcpy,这里不可以是同一块地址，对导致内容不是我们想要的
//最后一个未知的字符移到_size然后就是倒数第二位移动，从后向前移动
size_t end = _size + 1;
//注意这里如果end=_size，当头插的时候，进入循环end会变成-1，因为是size_t所以又会进入循环，导致错误
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
_size++;
return *this;
}
//插入\0，用c_str(遇到\0停止打印)打印显示在屏幕的字符串长度会减小或者不变，但是_size会变大
//用范围for或者迭代器可以打印出来
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reverse(_size + len);
}
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)//这里注意
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);//防止为了遇见\0就不拷贝了(strcpy遇见\0就不拷贝了)
_size += len;
return *this;
}
插入字符：
- 不可以用strcpy,在字符进行向后移的时候，不可以是同一块地址，对导致内容不是我们想要的，最后一个未知的字符移到_size然后就是倒数第二位移动，从后向前移动
- end=_size，当头插的时候，进入循环end会变成-1，因为是size_t，又是大于0所以又会进入循环，导致代码错误
插入字符串：
- 防止为了遇见\0就不拷贝了，所以用的是strncpy(strcpy遇见\0就不拷贝了)
删除：
//删除
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
//删除的数据大于等于_size
if (len == npos || pos + len >= npos)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
size_t begin = pos + len;
while (begin <= _size)
{
_str[begin - len] = _str[begin];
++begin;
}
_size -= len;
}
return *this;
}
注意：npos类中静态成员的初始化，必须在类外，类和对象（下）本篇文章中有详细说明。【const在定义的时候必须初始化，但是静态成员的变量初始化又在外面】
查找：
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
for (; pos < _size; ++pos)
{
if (_str[pos] == ch)
{
return pos;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{
const char* p = strstr(_str + pos, str);
if (p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - _str;
}
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
private:
char* _str;
size_t _size;//有效字符的个数
size_t _capacity;//存储有效字符的空间大小
const static size_t npos;//正确的写法是在类外进行初始化
//const static size_t npos = -1;//这种写法也可以，但是违背了正确的写法,要注意
};
const size_t string::npos = -1;
- strstr返回的是指针，没有找到返回空指针。
流插入和流提取：
/流插入和流提取
//在类外
//不可以用c_str(),因为遇见\0会停止
//'\0'是不可以见字符，不会显示
//流插入
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
//流提取,字符从面板提取到s
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
//要把对象里面的字符清理掉，否则当对象不是空的时候，会导致字符直接加到已有对象的后面。
//但是我们想要的是，对象是我们输入的字符串
//第一种思路（缺点：频繁的+=，字符串过大，会导致频发的扩容，影响效率）
/*char ch;
ch = in.get();
if (ch != ' ' && ch != '\n')
{
s += ch;
ch = in.get();
}
return in*/
//第二种思路（这种思路比较优，无论大小都可以避免频繁扩容）
char ch;
ch = in.get();
char buff[128] = { '\0' };
size_t i = 0;
if (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
s += buff;
memset(buff, '\0', 128);
i = 0;
}
ch = in.get();
}
s += buff;
return in;
}
- '\0’是不可以见字符，不会显示
- clear（）要把对象里面的字符清理掉，否则当对象不是空的时候，会导致字符直接加到已有对象的后面。但是我们想要的是，对象是我们输入的字符串
运算符重载：
//运算符重载
//比较大小
//全局函数.可以类比日期类
bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
}
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
}
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
return s1 < s2 || s1 == s2;
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 <= s2);
}
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
return s1 > s2 || s1 == s2;
}
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 == s2);
}
}//这个是yyqx的大括号
这里是在全局变量，没有在类里面，是在类外
迭代器：
string类private里面：
public:
//迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
四、现代版写法的string类
拷贝构造和赋值的现代写法
//拷贝构造（深拷贝）
//s2(s1)//现代写法,剥削行为，要完成深拷贝,
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string(const string& s)
:_str(nullptr)
,_size(0)
,_capacity(0)//这里要进行初始化，否则交换后，局部变量的销毁（随机值销毁，不可以）
{
//构造一个对象tmp，tmp里所有的东西this想要。this和tmp
string tmp(s._str);//局部变量，出了作用域会销毁
swap(tmp);
//tmp出了作用域会销毁
}
//赋值，也会有深浅拷贝的问题
//现代写法
//第一种
//string& operator=(const string& s)
//{
// if (this != &s)//避免自己给自己赋值，会导致值被释放，就会变成随机值
// {
// string tmp(s._str);
// swap(tmp);//把tmp给this,出了作用域把this给tmp的值进行销毁
// }
// return *this;
//}
//第二种
string& operator=(string s)//传值传参，拷贝构造，拷贝的值给this，并不会导致s的实参发生变化
{
swap(s);
return *this;
}
//掌握现代写法
补充知识点
遍历方式中有一个是范围for（范围for的底层实现是迭代器,如果没有迭代器的程序，代码会进行报错）
代码展示：
yyqx::string s("hello 12345");
for (auto ch : s)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
在c语言中，我们用atoi。
string中的两个常用函数
五、总结
以上就是今天要讲的内容，本文详细的介绍了浅拷贝、浅拷贝和string的模拟实现。本文以及一文带你走进string详细的介绍了string的相关知识，希望给友友们带来帮助！