[c++]—string类___深度学习string标准库底层实现(超详细）

沉淀,沉淀,再沉淀.

‍作者:chlorine

上一篇：string标准库成员函数和非成员函数(上)

目录

构造和析构的实现 

string→c类型的字符串数组

operator[]类对象元素的访问

返回字符串的长度

迭代器进行遍历访问字符串

增

❗append() 与 push_back()

❗reserve()扩容

 ❗operator+=()复用

删

❗erase

插

❗insert()

找

❗find()

❗获得子串substr() 

改变字符串长度 

流插入<<流提取>>

❗clear 

比较字符串大小 

字符串赋值 

❗operator()

 ❗swap() 

总代码

string.h 

test.cpp

---

 从上一篇我们了解了string标准库成员函数和非成员函数的了解，这一章我们继续学习string标准库中剩余的成员函数和非成员函数。

这一次我们模拟类实现对字符串的增删查改，在此之前我们设定一个命名空间cl，不用std命名空间。我们可以在测试的时候与std命名空间进行对比，看是否出现问题。

#include
#include
using namespace std;

namespace cl
{
    class string
   {
       
   };
}

---

构造和析构的实现 

我们得开一个_size大小空间的字符串，进行初始化，可以选择在函数体内赋值或者初始化列表进行初始化，为了没有顺序的思考，我们就直接在函数体内初始化吧。

#pragma once

#include
#include
#include
using namespace std;

namespace cl
{
	class string
	{
	public:
		string(const char* str=" ")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			memcpy(_str, str, _size + 1);
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_size = _capacity = 0;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
}

---

string→c类型的字符串数组

c_str()就是将C++的string转化为C的字符串数组，c_str()生成一个const char *指针，指向字符串的首地址。

const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

因为我们还没写流插入和流提取的函数，所以我们必须调用c_str()成员函数，c_str()函数返回一个指向正规C字符串的指针常量，内容与本string串相同。这是为了与C语言兼容，在C语言中没有string类型，故必须通过string类对象的成员函数c_str()把string对象转换成C中的字符串样式。

---

operator[]类对象元素的访问

char& operator[] (size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		const char& operator[] (size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

---

返回字符串的长度

size_t size() const
		{
			return _size;
		}

---

迭代器进行遍历访问字符串

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;
		}

大家可以通过调试深入了解一下即可。 

---

现在我们进入类中字符串的增删查改函数的操作

增

❗append() 与 push_back()

这里需要写个扩容函数reserve()

❗reserve()扩容

void reserve(size_t n = 0)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];//开辟一个n个空间
				memcpy(tmp, _str, _size + 1);//将_str里面字符拷贝给tmp
				delete[] _str;//销毁_str
				_str = tmp;//然后将tmp字符串赋值给_str
				_capacity = n;
			}
		}

---

//增加字符
		void push_back(char c)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				//2倍扩容
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			_str[_size] = c;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}

//增加字符串
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;
		}

 ❗operator+=()复用

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

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

---

删

❗erase

//删
		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//删除从pos开始的len长度
		{
			assert(pos <= _size);
            //删的结束位置>=截至位置就直接给最后截至位置结束
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';//直接给pos位置置'\0'
				_size = pos;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
            //删除的结束位置

---

插

❗insert()

void insert(size_t pos, size_t n, char ch)//在pos位置插入n个字符
		{
			assert(pos <= _size);
			//如果大于容量，就扩容
			if (_size + n > _capacity)
			{
				reserve(_size + n);
			}
			//end所在的地方在字符串位置
			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;
		}

---

找

❗find()

size_t find(char ch, size_t pos = 0)//从pos位置找到字符ch
		{
			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)//从pos位置找到字符串str
		{
			assert(pos < _size);
			const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
			if (ptr)
			{
				return ptr - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
		}

❗获得子串substr() 

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始的len个字符的字串
		{
			assert(pos < _size);
			size_t n = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)
			{
				n = _size - pos;//子串长度
			}
			string tmp;//创建一个字串tmp
			tmp.reserve(n);//字串的容量
			for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
			{
				tmp += _str[i];//赋值
			}
			return tmp;
		}

---

我们还是用这段代码来测试。 

这里涉及了拷贝构造。

string(const string& s)
		{
				_str = new char[s._capacity + 1];
				memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
		}

---

改变字符串长度 

	void resize(size_t n, char c = '\0')
		{
			if (n < _size)
			{
				_size = n;
				_str[n] = '\0';
			}
			else
			{
				reserve(n);

				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = c;
				}
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
		}

---

流插入<<流提取>>

我们在类外。

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
		{
			out << s[i];
		}*/

		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}

		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch = in.get();
		// 处理前缓冲区前面的空格或者换行
		while (ch == ' ' && ch == '\n')
		{
			ch = in.get();//如果是空格和换行，直接跳过读下一个
		}
		//给定一个局部数组127.为了防止过多的开空间如果string对象的容量大
		char buff[128];
		int i = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				//如果i=127那么就将buff[127]置'\0'
				buff[127] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;//将i置0重新开始
			}
			ch = in.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}

❗clear 

void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

---

比较字符串大小 

//bool operator<(const string& s)
		//{
		//	size_t s1 = 0;
		//	size_t s2 = 0;
		//	//先判断字符对应的ascii码值是否小于
		//	while (s1 < _size && s2 < s._size)
		//	{
		//		if (_str[s1] < s._str[s2])
		//		{
		//			return true;
		//		}
		//		else if(_str[s1]>s._str[s2])
		//		{
		//			return false;
		//		}
		//		else
		//		{
		//			s1++;
		//			s2++;
		//		}
		//	}
		//	//结束循环之后说明有下面三种情况
		//	
		 "hello" "hello"   false
		 "helloxx" "hello" false
		 "hello" "helloxx" true
		//	return _size < s._size;
		//}


		bool operator<(const string& s)const
		{
			//先判断字符的asscii值
			int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
			//字符相等然后现在判断长度问题
			//"hello" "hello"   false
				 "helloxx" "hello" false
				 "hello" "helloxx" true
			return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
		}

		bool operator==(const string& s)const
		{
			return _size == s._size
				&& memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._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) || (*this == s);
		}

		bool operator!=(const string& s) const
		{
			return !(*this == s);
		}

---

字符串赋值 

❗operator()

传统写法： 

// s1 = s3
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if (this != &s)
		//	{
		//		char* tmp = new char[s._capacity + 1];//创建新的字符串对象
		//		memcpy(tmp, s._str, s._size+1);//然后拷贝
		//		delete[] _str;//销毁_str
		//		_str = tmp;//将tmp赋值给_str

		//		_size = s._size;//内置类型的值赋值给
		//		_capacity = s._capacity;
		//	}

		//	return *this;
		//}

		

 ❗swap() 

现代写法: 

//俩个对象进行交换，要将俩个对象的内置类型成员变量都得交换
		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);
		//		swap(tmp);
		//	}
		//	return *this;
		//}

		string& operator=(string& s)
		{
			//s1=s3
			swap(s);
			return *this;
		}

---

总代码

string.h 

#pragma once

#pragma once
#include
#include
#include
using namespace std;
namespace cl
{
	class string
	{
	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;
		}

		//初始化//可以初始化列表
		//也可以函数体内赋值（这里更推荐后者）
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		const char& operator[] (size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		char& operator[] (size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		// s1 = s3
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if (this != &s)
		//	{
		//		char* tmp = new char[s._capacity + 1];//创建新的字符串对象
		//		memcpy(tmp, s._str, s._size+1);//然后拷贝
		//		delete[] _str;//销毁_str
		//		_str = tmp;//将tmp赋值给_str

		//		_size = s._size;//内置类型的值赋值给
		//		_capacity = s._capacity;
		//	}

		//	return *this;
		//}

		//俩个对象进行交换，要将俩个对象的内置类型成员变量都得交换
		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);
		//		swap(tmp);
		//	}
		//	return *this;
		//}

		string& operator=(string& s)
		{
			//s1=s3
			swap(s);
			return *this;
		}

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}

		void reserve(size_t n = 0)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];//开辟一个n个空间
				memcpy(tmp, _str, _size + 1);//将_str拷贝给tmp
				delete[] _str;//销毁_str
				_str = tmp;//然后将tmp字符串赋值给_str
				_capacity = n;
			}
		}

		void push_back(char c)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				//2倍扩容
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			_str[_size] = c;
			++_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)//在pos位置插入n个字符
		{
			assert(pos <= _size);
			//如果大于容量，就扩容
			if (_size + n > _capacity)
			{
				reserve(_size + n);
			}
			//end所在的地方在字符串位置
			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;
		}

		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//删除从pos开始的len长度
		{
			assert(pos <= _size);
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';//直接给pos位置置'\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)//从pos位置找到字符ch
		{
			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;
			}
		}

		string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}

		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始的len个字符的字串
		{
			assert(pos < _size);
			size_t n = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)
			{
				n = _size - pos;//子串长度
			}
			string tmp;//创建一个字串tmp
			tmp.reserve(n);//字串的容量
			for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
			{
				tmp += _str[i];//赋值
			}
			return tmp;
		}


		void resize(size_t n, char c = '\0')
		{
			if (n < _size)
			{
				_size = n;
				_str[n] = '\0';
			}
			else
			{
				reserve(n);

				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = c;
				}
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
		}
		//bool operator<(const string& s)
		//{
		//	size_t s1 = 0;
		//	size_t s2 = 0;
		//	//先判断字符对应的ascii码值是否小于
		//	while (s1 < _size && s2 < s._size)
		//	{
		//		if (_str[s1] < s._str[s2])
		//		{
		//			return true;
		//		}
		//		else if(_str[s1]>s._str[s2])
		//		{
		//			return false;
		//		}
		//		else
		//		{
		//			s1++;
		//			s2++;
		//		}
		//	}
		//	//结束循环之后说明有下面三种情况
		//	
		 "hello" "hello"   false
		 "helloxx" "hello" false
		 "hello" "helloxx" true
		//	return _size < s._size;
		//}


		bool operator<(const string& s)const
		{
			//先判断字符的asscii值
			int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
			//字符相等然后现在判断长度问题
			//"hello" "hello"   false
				 "helloxx" "hello" false
				 "hello" "helloxx" true
			return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
		}

		bool operator==(const string& s)const
		{
			return _size == s._size
				&& memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._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) || (*this == s);
		}

		bool operator!=(const string& s) const
		{
			return !(*this == s);
		}


		const static size_t npos;
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
	const size_t string::npos = -1;

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
		{
			out << s[i];
		}*/

		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}

		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch = in.get();
		// 处理前缓冲区前面的空格或者换行
		while (ch == ' ' && ch == '\n')
		{
			ch = in.get();//如果是空格和换行，直接跳过读下一个
		}
		//给定一个局部数组127.为了防止过多的开空间如果string对象的容量大
		char buff[128];
		int i = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				//如果i=127那么就将buff[127]置'\0'
				buff[127] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;//将i置0重新开始
			}
			ch = in.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
};

test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
#include
#include
//构造函数
void test1()
{
	cl::string s1("chenle");
	cout << s1.c_str() << endl;

	cl::string s2;
	cout << s2.c_str() << endl;
}
//operator[]
void test2()
{
	cl::string s1("chenle");
	//调用const
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		s1[i]++;
	}
	cout << s1.c_str() << endl;
	cout << endl;

	//自动调用非const
	for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
	{
		cout << s1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test3()
{
	//cl::string s3("chenle");
	cl::string s1("chenle");
	cl::string::iterator it = s1.begin();
	//auto it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		*it += 1;
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//cl::string::const_iterator cit = s3.begin();
	//auto cit = s3.begin();
	//while (cit != s3.end())
	//{
	//	//*cit += 1;
	//	cout << *cit << " ";
	//	++cit;
	//}
	//cout << endl;

	for (auto ch : s1)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test4()
{
	cl::string s4("chenle");
	//s4.push_back(' ');
	//s4.push_back('z');
	//s4.append("hangyuanfei");
	//cout << s4.c_str() << endl;

	s4 += ' ';
	s4 += 'z';
	s4 += "hangyuanfei";
	cout << s4.c_str() << endl;
}

void test5()
{
	string s5("chenle");
	//s5.insert(0, 5, 'z');
	cout << s5.c_str() << endl;

	s5.erase(2, 5);
	cout << s5.c_str() << endl;
}
void test6()
{
	cl::string url = "https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/";
	// 协议protocol  域名  资源名
	size_t pos1 = url.find("://");
	string protocol;
	if (pos1 != cl::string::npos)
	{
		cl::string protocol = url.substr(0, pos1);
		cout << protocol.c_str() << endl;
	}
	size_t pos2 = url.find('/', pos1 + 3);//从pos1+3位置开始找'/'
	if (pos2 != string::npos)
	{
		cl::string domain = url.substr(pos1 + 3, pos2 - (pos1 + 3));//从pos1+3的位置，截取(pos2-(pos1+3))的长度，读到遇到第一个'/'位置
		cl::string uri = url.substr(pos2 + 1);//直接从pos2+1位置后读到最后即可
		cout << domain.c_str() << endl;
		cout << uri.c_str() << endl;
	}
}

void test7()
{
	cl::string s7("chenle");
	s7.resize(4);
	cout << s7.c_str() << endl;
	//cout << s7 << endl;

	cl::string s8("chenle");
	s8.resize(20, 'y');
	cout << s8.c_str() << endl;
	//cout << s8 << endl;
}

void test8()
{
	cl::string s8("chenlelelelle");
	s8 += '\0';
	s8 += "zzzzzz";
	cout << s8.c_str() << endl;
	cout << s8 << endl;

	cl::string copy(s8);
	cout << s8 << endl;
	cout << copy << endl;

	s8 += "xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx";
	cout << s8 << endl;

}

void test9()
{

	//string s1("bb");
		//string s2("aaa");
		//cout << (s1 < s2) << endl;

	cl::string s1("hello");
	cl::string s2("hello");
	cout << (s1 < s2) << endl;
	cout << (s1 > s2) << endl;
	cout << (s1 == s2) << endl << endl;


	cl::string s3("hello");
	cl::string s4("helloxxx");
	cout << (s3 < s4) << endl;
	cout << (s3 > s4) << endl;
	cout << (s3 == s4) << endl << endl;


	cl::string s5("helloxxx");
	cl::string s6("hello");
	cout << (s5 < s6) << endl;
	cout << (s5 > s6) << endl;
	cout << (s5 == s6) << endl << endl;
}

void test10()
{
	cl::string s1("chenle");
	cl::string s2(s1);//拷贝构造

	cout << s1.c_str() << endl;
	cout << s2.c_str() << endl;

	cl::string s3("xxxxxxxxxxxxx");
	s1 = s3;//赋值

	cout << s1.c_str() << endl;
	cout << s3.c_str() << endl;
}

void test11()
{
	cl::string s1;
	cin >> s1;
	cout << s1;

}

int main()
{
	//test1();
	//test2();
	//test3();
	//test4();
	//test5();
	//test6();
	//test7();
	//test8();
	//test9();
	//test10();
	test11();
	return 0;
}

沉淀，沉淀，再沉淀。