【C++】String类的实现_c++ string实现

1. 创建自定义空间

namespace lyx
{
	//模拟实现string类
	class string
	{
	}
}
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2. 确定类框架

string 实际上就是一个类，我们在使用时，实例化这个类，并且调用其中的函数。

我们将成员变量私有化，成员函数公有化，留作接口，供外部使用：

class string
{
 public:
     //成员函数
 private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		
		//npos 是一个常数，用来表示不存在的位置(参考string库的设置)
		const static size_t npos = -1;
}
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3. 细化成员函数

3.1 重载 [ ]

字符串的底层实际就是一个字符数组，既然是数组，我们就可以通过以下方式去访问:

 string a="hello world"
 cout<<a[1]; //e
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因此要实现这种访问方式，就要进行运算符重载：

//重载[]
		//(1)普通对象：可读可写
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		//(2)const对象：只读
		char& operator[](size_t pos) const 
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
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后const修饰成员变量不能被修改
前const修饰成员函数返回值不能被修改

3.2 构造函数和析构函数

想对字符串进行增删查改，得先另外开辟一段空间（在堆上），再将str指向的字符串拷贝到这段空间：

string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity+1];

			strcpy(_str, str);
		}
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析构函数：

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

string迭代器是指针，因为字符串是连续的地址空间。但不是所有的迭代器都是指针，因为不是所有的容器都是连续的。

typedef char* iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
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对于某些函数（例如printf函数），我们希望对字符串只读，因此会调用const迭代器

typedef const char* const_itertor;

		const_itertor begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_itertor end() const
		{
			return _str + _size;
		}
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3.4 拷贝构造（重点理解）

首先由类和对象的知识，拷贝构造函数一定是引用返回。但默认生成的拷贝构造函数是浅拷贝，会导致S1和S2对象指向同一块地址空间，在先释放掉S2所指向空间后，再调用析构函数释放S1的空间，这段空间已经不存在了，程序会崩溃。因此需要自定义一个拷贝构造函数。
即先给S2开辟一段新的空间，再将S1拷贝给S2
传统写法：

//s2(s1)
		string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity+1];
			_capacity = s._capacity;
			_size = s._size;

			strcpy(_str, s._str);
		}
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这里需要注意：拷贝构造函数的参数只有一个且必须是类类型对象的引用。 使用传值方式编译器直接报错，因为会引发无穷递归调用。同时为了防止S1引用被改变而导致s1的改变，还加了const。
现代写法：

string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}
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即先创建一个对象tmp,调用构造函数，使用s._str去初始化tmp,也就是_str开辟的空间的内容与s相同。

这个时候 tmp指向的空间就是 s2 想要的，所以我用swap 将s2._st（也就是this ->_str）,和tmp._str交换，此时s2就指向了tmp原来指向的空间，效果上实现了深拷贝。

此时,tmp就指向了s2._str原来指向的空间，而s2在之前被我们初始化为nullptr了，所以在之后析构tmp的时候不会报错（delete nullptr 是被允许的）。

3.5 赋值运算符重载

将S3赋值给S1，可能会出现两种情况：1.S1长度小于S2，把S2给S1会造成越界；2.S1长度大于S2，把S2给S1会造成资源浪费。

//s1=s3
		string& operator=(const string& s)
		{
			//内容相同不赋值
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);

				delete[] _str;
				_str = tmp;

				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
		}
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因此，先开辟一段空间，再将S3的数据拷贝到S1指向的新空间中。再释放S1原来的空间。
也可以通过swap函数实现，思想与拷贝构造函数类似。

3.6 reserve

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n+1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;

				_capacity = n;
			}
		}
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3.7 resize

resize 和 reserve 的区别在于在开辟空间的时候会对空间初始化。所以我们需要在形参列表中加上一个char型字符，用来填充我们新开的空间。

当然，如果n小于_size,我们要将字符串截取到n长度

void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				reserve(n);
				for (size_t i = _size; i < n; ++i)
				{
					_str[i] = ch;
				}

				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}
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3.8 push_back

void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
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3.9 append

void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len < _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}
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strcpy(_str + _size, str)的意思是把str复制到_str+_size之后的位置
_str+_size指向‘\0’，然后把str复制过去，就连接上了。

3.10 insert

插入一个字符

string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			size_t end = _size + 1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}

			_str[pos] = ch;
			++_size;

			return *this;
		}
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插入一个字符串

string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			size_t end = _size + len;
			while (end > pos + len - 1)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}

			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;

			return *this;
		}
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3.10 erase

string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);

			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= pos;
			}

			return *this;
		}
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3. 整体代码

string.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <assert.h>
using namespace std;


namespace lyx
{
	class string
	{
	public:
		//--------------------------------------iterators------------------------------------//
		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;
		}


		//---------------------------member functions-------------------------------//
		
		//' '单引号表示单个字符,这里表示转义字符终止符
		//" "双引号表示字符串常量
		//空字符常量使用转义符号 '\0'表示，空白字符串使用双引号表示 ""
		//无论"\0"和'\0'都会转义，除非"a\\0a" -- a\0a
		//构造函数
		/*string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity+1];

			strcpy(_str, str);
		}*/

		string(const char* str = "")
		{
			int len = strlen(str);
			_size = _capacity = len;  //capacity记录有效字符的个数
			_str = new char[_capacity + 1];  //留一个空间给'\0'
			strcpy(_str, str);
		}
		

		// s2(s1)
		// 传统写法
		//string(const string& s)
		//{
		//	_str = new char[s._capacity+1];
		//	_capacity = s._capacity;
		//	_size = s._size;

		//	strcpy(_str, s._str);
		//}

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

		//s1=s3
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	//内容相同不赋值
		//	if (this != &s)
		//	{
		//		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		//		strcpy(tmp, s._str);

		//		delete[] _str;
		//		_str = tmp;

		//		_size = s._size;
		//		_capacity = s._capacity;
		//	}
		//}

		//赋值重载--现代写法1
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if (this == &s)  //检查自我赋值
		//		return *this;
		//	string tmp(s);
		//	swap(tmp);
		//	return *this;
		//}

		//赋值重载--现代写法2
		string& operator=(string s)
		{
			swap(s);
			return *this;
		}
		

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

		
		//---------------------------------------Capacity--------------------------------------//

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n+1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;

				_capacity = n;
			}
		}

		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				reserve(n);
				for (size_t i = _size; i < n; ++i)
				{
					_str[i] = ch;
				}

				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}

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

		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}

		//---------------------------------------Modify----------------------------------------//

		//重载[]
		//(1)普通对象：可读可写
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		//(2)const对象：只读
		char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}

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

		void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len < _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}


		//+=一个字符
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		//+=一个字符串
		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}


		//插入一个字符
		string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 5 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			size_t end = _size + 1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}

			_str[end] = ch;
			++_size;

			return *this;
		}

		//插入一个字符串
		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			size_t end = _size + len;
			while (end > pos + len - 1)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}

			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;

			return *this;
		}

		string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);

			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= pos;
			}

			return *this;
		}

		//交换两个字符串
		void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}

		//----------------------------------------String operations-----------------------------//

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

		size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
			while (pos < _size)
			{
				if (_str[pos] == ch)
				{
					return pos;
				}

				++pos;
			}

			return npos;
		}

		size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
			//strstr函数搜索一个字符串在另一个字符串中的第一次出现
			const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}
		}

		//---------------------------------Non-member function overloads----------------------------//
		friend ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
		friend istream& operator>>(istream& in, string& s);
		friend istream& getline(istream& in, string& s);

	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;

		const static size_t npos = -1;
	};

	//-----------------方便自定义类型打印---------------------//

	//流插入重载
	inline ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (size_t i = 0; i < s._size; ++i)
		{
			out << s._str[i];
		}
		return out;
	}


	//流提取重载 14--2:54
	inline	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();

		//char ch = in.get();
		//while (ch != ' ' && ch != '\n')//cin遇到空格或\n结束
		//{
		//	s += ch;
		//	ch = in.get();
		//}

		//优化
		char buff[128] = { '\0' };
		size_t i = 0;
		char ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			if (i == 127)
			{
				s += buff;
				i = 0;
			}
			buff[i++] = ch;
			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}

	return in;
	}
	

	istream& getline(istream& in, string& s)
	{
		char buff[128] = { '\0' };
		size_t i = 0;
		char ch = in.get();
		while (ch != '\n')
		{
			if (i == 127)
			{
				s += buff;
				i = 0;
			}
			buff[i++] = ch;
			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
}
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Test.cpp

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS

#include "string.h"

void Test_String1()
{
	//构造
	lyx::string s1;
	lyx::string s2("abcdef");

	//拷贝构造
	lyx::string s3 = s2;

	//赋值重载
	s1 = s2;
}

void Test_String2()
{
	lyx::string s1("12345");
	lyx::string::iterator it = s1.begin();
	/*for (it; it < s1.end(); ++it)
		(*it)++;*/
	cout << s1.c_str() << endl;

	const lyx::string s2("67890");
	lyx::string::const_iterator it2 = s2.begin();
	/*for (it2; it2 < s2.end(); ++it2)
		(*it2)++;*/
	cout << s2.c_str() << endl;	
}

void Test_String3()
{
	lyx::string s("hello world");
	cout << s.c_str() << endl;
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;

	s.resize(5);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s.c_str() << endl;

	s.reserve(15);
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s.c_str() << endl;

	s.resize(20, 'x');
	cout << s.size() << endl;
	cout << s.capacity() << endl;
	cout << s.c_str() << endl;
}

void Test_String4()
{
	/*lyx::string s = "hello world";
	s.push_back('!');
	cout << s.c_str() << endl;

	s.append("xxxxxxx");
	cout << s.c_str() << endl;

	s += '6';
	cout << s.c_str() << endl;

	s += "123456";
	cout << s.c_str() << endl;*/

	lyx::string s1 = "hello w";
	s1.insert(3,'x');
	cout << s1.c_str() << endl;

	s1.insert(2, "555");
	cout << s1.c_str() << endl;

	lyx::string s2 = "hello world";
	s2.erase(3, 3);
	cout << s2.c_str() << endl;
}

void Test_String5()
{
	lyx::string s = ("abcefeefeefe");
	cout << s.find('f',3) << endl;
	cout << s.find('f') << endl;
	cout << s.find("efe", 3) << endl;
	cout << s.find("efe") << endl;
}

void Test_String6()
{
	lyx::string s;
	//lyx::string s = ("hello world");
	cin >> s;
	cout << s << endl;
}

int main()
{
	//Test_String1();
	//Test_String2();
	//Test_String3();
	//modify
	//Test_String4();
	//string operations
	//Test_String5();
	Test_String6();
	

	return 0;
}
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