【C++】手撕STL系列——string篇
文章导读
本章我们将参照STL源码，来模拟实现string类，但不一定非要与库中完全相同。我们将其中重要的、常用的接口进行模拟实现，旨在加深string类的学习与记忆。
为了代码更好地复用，本篇模拟的函数接口的顺序大概为构造类——》内存类——》迭代器——》修改类——》构造类
定义string类
为了区别于标准库中的string类，我们这里应该使用自己的命名空间来进行定义
string类包含以下三种成员
- char*_str 字符数值
- size_t _size 大小
- size_t _capacity 容量
注意：capacity的大小不包含\0，_size指的是\0的位置
另外还需要一个static的size_t成员npos，值为-1，表示数组末尾
构造函数
string的构造函数有很多种写法，由前面类和对象的学习中了解到全缺省的构造函数是最优的写法，所以这里我们也采纳全缺省的写法
注意：初始化列表是根据成员的定义顺序来进行初始化的，所以这里_str不能放到初始化列表进行初始化，因为放到初始化列表中会第一个初始化_str，但这是还不知道_capacity的大小
/*string()
:_str(new char[1]{ '\0' })
,_size(0)
,_capacity(0)
{}*/
//全缺省的构造函数更优
string(const char* s="")
:_size(strlen(s))
, _capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, s);
}内存类函数接口
size_t size()const——返回大小
size_t size()
{
return _size;
}size_t capacity()const——返回容量大小
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}void reserve（size_t n）——扩容函数
n大于capacity才会发生扩容，开辟另一块空间并将原来的空间拷贝过去，再销毁原来的空间；n小于等于capacity的时候不会有所作为
不会修改_size值
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];//多出来的一个位置放\0
strcpy(tmp, _str);
delete[]_str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}void resize(size_t n，char ch)——修改大小
如果n<=size就减小_size的值，并在对应处放'\0'
如果n>size位置，就扩容（复用reserve函数），并将size 位置到n位置的元素初始化为ch，最后一个位置放\0
void resize(size_t n,char c='\0')
{
if (n <= _size)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
reserve(n);
while (_size < n)
{
_str[_size] = c;
_size++;
}
_str[_size] = '\0';
}
}迭代器
先实现迭代器是为了方便遍历数组（范围for）并将元素打印，方便我们后期进行调试并检验其他函数接口的正确性
这里的迭代器可以简单地认为是原生指针（其他类可能不是原生指针）
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin()const
{
return _str;
}
const_iterator end()const
{
return _str+_size;
}为了使string类可以像数组一样可以访问，增强代码的可读性，可以先实现一个[]的运算符重载
实现两个，一个是只能读不能修改，一个是可读可修改
char operator[](size_t i)
{
assert(i <= _size);
return *(_str + i);
}
const char operator[](size_t i)const
{
assert(i <= _size);
return *(_str + i);
}修改类
注意：strcpy以\0为结束标志，会拷贝\0；strncpy自己决定拷贝个数，不会自动拷贝\0
经过初阶数据结构与算法的学习，我们知道顺序表的优势在与尾插尾删以及随机访问，所以第一个修改类的实现当然是尾插push_back啦
push_back
void push_back(const char ch)//插入一个字符
{
//满了先扩容
if (_size = _capacity)
{
reserve(_capacity==0?4:2*_capacity);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}除了插入一个字符，肯定还有插入一个字符串的需求，这里就交给append
如果插入的字符串长度+原本的长度>capacity，就需要扩容
append
void append(const char*s)
{
size_t len = strlen(s);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, s);
_size += len;
}用函数实现尾插当然可以，但是现实中更多人使用的是+=运算符重载，因为这样可读性很高，也十分生动形象
有了以上两个接口，我们的+=运算符重载当然是手到擒来啦，直接复用即可
+=运算符重载
string& operator+=(const char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* s)
{
append(s);
return *this;
}实现了尾插，接下来就是头插（insert函数取第一个位置即可）啦
我们可以头插一个字符，也可以头插一个字符串，也可以在任意位置插入（写完insert后尾插其实就可以复用insert了，取最后一个位置即可）
注意插入位置pos要在合法区间，如果大于容量则要扩容
insert
void insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
}
//size位置指的是‘\0’，也要移动
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
_size++;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
int len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
int end = _size;
//防止发生整形提升
while (end >=(int) pos)
{
_str[end+len] = _str[end];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, sizeof(char) * len);
_size += len;
}实现完插入当然就是删除啦
void clear()——删除所有（在开头处放\0，并不用真正地销毁）
clear()
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)——删除在pos以及以后的len个元素
如果没指定len的大小，默认将pos以后的元素全部删完
指定了就删除len个
void erase
void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
if (pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
int end = pos + len;
while (end <_size)
{
_str[end - len] = _str[end];
end++;
}
_size -= len;
}
}输入输出运算符重载
为了不破坏权限以及耦合度，这里不使用友元实现，将输入输出的运算符重载放在string的类外，自己的类域里面实现
cout重载
就是一个简单的范围for遍历
ostream& operator<< (ostream& out, const string& str)
{
for (auto ch : str)
out << ch;
return out;
}cin重载
为了避免输入过多字符，s不断扩容，先定义一个buff数组，用空间换取时间
如果buff数组满了，先将数组里的内容尾插到string中，再将buff数组清空，继续往buff数组里输入值，如此反复
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char buff[129];
size_t i = 0;
char ch;
ch = in.get();
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 128)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i != 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}比较函数
正如字符串可以比较一样，string类（封装的字符串）我们应该也设置成让他们可以比较
只要实现了==和>或者（==和<），其他的函数接口都可以复用这两个函数接口
bool operator==(const string& s)
{
return strcmp(_str, s._str)==0;
}
bool operator>(const string& s)
{
return strcmp(_str, s._str) >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);
}构造类
拷贝构造
//拷贝构造函数
string(const string& s, size_t pos=0, size_t len = npos)
{
if (len == npos)
{
_str = new char[s._size-pos];
strcpy(_str, s._str + pos);
_size = _capacity = s._size - pos;
}
else
{
_str = new char[len];
strncpy(_str, s._str + pos, len);
_capacity = _size = len;
_str[_size] = '\0';
}
}=运算符的重载
这里有两种写法，一种是老老实实地自己写，一种是复用拷贝构造
//老实写法
string& operator=(const string& tmp)
{
if (*this != tmp)
{
//char* s = new char[tmp._capacity ]——这样写下面的delete会报错，越界多拷贝了一个，释放空间的时候会出问题
char* s = new char[tmp._capacity+1];
strcpy(s, tmp._str);
delete[]_str;
_str = s;
_size = tmp._size;
_capacity = tmp._capacity;
}
return *this;
}复用写法
先需要一个swap函数，调用标准库里的swap函数，由函数重载自动识别是哪种类型并操作
void swap(string&s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}传参的时候调用了拷贝构造函数，然后再交换，即可完成拷贝，十分简洁，但效率一样
注意：几乎每个类的赋值重载都可以这样写，十分通用又简洁的写法
string& operator=(string tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}至此，string的大概的接口就实现的差不多了，希望对大家能有所帮助