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[C++初阶]string类的详解

作者：小舞很执着 | 2024-08-02 18:41:39

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[C++初阶]string类的详解

一、string类的模拟实现

上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让我们来模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以下string类的实现是否有问题？

头文件:string.h


#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
 
namespace STring
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
 
		iterator begin();
		iterator end();
 
		const_iterator begin() const;
		const_iterator end() const;
 
		string(const char* str = "");
		string(const string& s);
		string& operator=(const string& s);
		~string();
		const char* c_str() const;
 
		size_t size() const;
		char& operator[](size_t pos);
		const char& operator[](size_t pos) const;
 
		void reserve(size_t n);
 
		void push_back(char ch);
		void append(const char* str);
 
		string& operator+=(char ch);
		string& operator+=(const char* str);
 
		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);
		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);
 
		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);
 
		void swap(string& s);
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);
 
		bool operator<(const string& s) const;
		bool operator>(const string& s) const;
		bool operator<=(const string& s) const;
		bool operator>=(const string& s) const;
		bool operator==(const string& s) const;
		bool operator!=(const string& s) const;
		void clear();
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		const static size_t npos;
	};
}

//string.cpp


#include"string.h"
namespace STring
{
	const size_t string::npos = -1;
 
	 string::iterator string::begin()
	{
		return _str;
	}
	string::const_iterator string::begin() const
	{
		return _str;
	}
	string::iterator string::end()
	{
		return _str + _size;
	}
	string::const_iterator string::end() const
	{
		return _str+_size;
	}
	string:: string(const char* str)
		:_size(strlen(str))
	{
		_str = new char[_size+1];
		_capacity = _size+1;
		strcpy(_str, str);
	}
	string::string(const string& s)
	{
		_str = new char[s._capacity];
		strcpy(_str, s._str);
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}
	string::~string()
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
	const char* string::c_str() const
	{
		return _str;
	}
	size_t string :: size() const
	{
		return _size;
	}
	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];
			strcpy(tmp, _str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}
	void string::push_back(char ch)
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}
		_str[_size] = ch;
		_str[_size + 1] = '\0';
		++_size;
	}
	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_size + len);
		}
		strcpy(_str + _size, _str);
		_size += len;
		insert(_size, _str);
	}
	void 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] + 1;
			--end;
		}
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}
	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		int len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_capacity+len);
		}
		size_t end = _size + len;
		while (end > pos+len+1)
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			--end;
		}
		memcpy(_str+pos,str,len);
		_size += len;
	}
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);
		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '\0';
			_size = len;
		}
		else
		{
			strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
			_size = len;
		}
	}
	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;
	}
	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		char* p = strstr(_str + pos, str);
		return p - _str;
	}
	void string::swap(string& s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		std::swap(_size, s._size);
		std::swap(_capacity, s._capacity);
	}
	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		if (len > _size - pos)
		{
			string sub(_str + pos);
			return sub;
		}
		else
		{
			string sub;
			sub.reserve(len);
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				sub += _str[i + pos];
			}
			return sub;
		}
	}
	string& string:: operator=(const string& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity];
			strcpy(tmp, s._str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}
		return *this;
	}
 
	char& string::operator[](size_t pos)
	{
		if (pos < _size)
			return _str[pos];
	}
	const char& string::operator[](size_t pos) const
	{
		if (pos < _size)
			return _str[pos];
	}
	string& string::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}
	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}
	bool string::operator<(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;
	}
	bool string::operator>(const string& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}
	bool string::operator<=(const string& s) const
	{
		return *this < s || *this == s;
	}
	bool string::operator>=(const string& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}
	bool string::operator==(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}
	bool string::operator!=(const string& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}
	void string::clear()
	{
		_str[0] = '\0';
		_size = 0;
	}
	istream& operator>> (istream& is, string& str)
	{
		str.clear();
		char ch = is.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			str += ch;
			ch = is.get();
		}
		return is;
	}
 
	ostream& operator<< (ostream& os, const string& str)
	{
		for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)
		{
			os << str[i];
		}
		return os;
	}
}

现在我们看到的是,我这边写的,接下来我将会对于这些内容进行解析,首先我这边的模拟实现都是基于理解和string。

1.对于命名空间的定义


namespace STring
{
}

2.string类的定义和迭代器


class string
{
public:
private:
}

1）私有成员

这里的内容比较少。


    	char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
		const static size_t npos;

2）公有成员


	    typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
 
		iterator begin();
		iterator end();
 
		const_iterator begin() const;
		const_iterator end() const;
 
		//string();
		string(const char* str = "");
		string(const string& s);
		string& operator=(const string& s);
		~string();
 
		const char* c_str() const;
 
		size_t size() const;
		char& operator[](size_t pos);
		const char& operator[](size_t pos) const;
 
		void reserve(size_t n);
 
		void push_back(char ch);
		void append(const char* str);
 
		string& operator+=(char ch);
		string& operator+=(const char *str);
		 
 
		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);
		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);
 
		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);
 
		void swap(string& s);
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);
 
		bool operator<(const string& s) const;
		bool operator>(const string& s) const;
		bool operator<=(const string& s) const;
		bool operator>=(const string& s) const;
		bool operator==(const string& s) const;
		bool operator!=(const string& s) const;
		void clear();

3）迭代器

我们都知道在string中我们常常使用迭代器来完成不少操作，我们知道迭代器其实就是一种指针，所以这里我们选择这样实现


typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
 
iterator begin();
iterator end();
 
const_iterator begin() const;
const_iterator end() const;

3.构造函数

声明：

string(const char* str = "");

这里我们选择用缺省函数保证字符串内容

下面是搞函数的内部实现:


string:: string(const char* str)
		:_size(strlen(str))
	{
		_str = new char[_size+1];
		_capacity = _size+1;
		strcpy(_str, str);
	}

首先我们用列表初始化得出存储的字符串大小,然后给字符串开辟空间,然后把求出空间(注意:字符串最后有'\0')然后通过拷贝函数把str字符串把内容拷贝给_str存储。

4.拷贝构造函数

声明：

string(const string& s);

函数内部实现：


	string::string(const string& s)
	{
		_str = new char[s._capacity];
		strcpy(_str, s._str);
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}

思路具体和上面差不多，开辟新空间，然后把字符串拷入，把大小和空间也拷贝。

5.析构函数

声明：

~string();

这里比较简单，就是把开辟的空间释放然后大小空间归零


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

6.获取字符串和存储的字符串大小

声明:


const char* c_str() const;
size_t size() const;

这个直接返回相应的值


const char* string::c_str() const
{
	return _str;
}
size_t string :: size() const
{
	return _size;
}

7.reserve

声明：

void reserve(size_t n);

函数内部：


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

这个函数（这里我们是大致模拟VS的）我们之前讲过如果n>_capacity就会扩容，否则无反应。

8.insert

声明：


		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);

因为我们会用inset插入字符和字符串，所以这里我们定义两种

函数内部：


void 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] + 1;
			--end;
		}
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}
	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		int len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_capacity+len);
		}
		size_t end = _size + len;
		while (end > pos+len+1)
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			--end;
		}
		memcpy(_str+pos,str,len);
		_size += len;
	}

这里的实现和我们以前写顺序表的插入差不多，把目标位置以及之后的字符串后移动，知道空出需要的空间大小，然后插入。

9.push_back和append

声明：


        void push_back(char ch);
		void append(const char* str);

着两个一个是尾插入，一个是插入字符串


void string::push_back(char ch)
	{
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}
		_str[_size] = ch;
		_str[_size + 1] = '\0';
		++_size;
	}
	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_size + len);
		}
		strcpy(_str + _size, _str);
		_size += len;
		insert(_size, _str);
	}

这个就是正常尾插的实现，但是append是字符串，为了方便我们可以直接调用insert

10.erase

声明：

void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

这是声明我直接仿照的cplusplus的定义

注意我们需要

const size_t string::npos = -1;

函数内部：


void string::erase(size_t pos, size_t len)
{
	assert(pos < _size);
	if (len >= _size - pos)
	{
		_str[pos] = '\0';
		_size = len;
	}
	else
	{
		strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
		_size = len;
	}
}

这里很简单就是把pos后删除，我们考虑两种情况，一种是直接删除，一种是删除部分

11.find

声明：


		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);

这个函数真正的底层实现很难，这里因为我们只是模拟实现，我们可以这样子解决

函数内部：


	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;
	}
	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		char* p = strstr(_str + pos, str);
		return p - _str;
	}

12.swap

声明：

	void swap(string& s);

函数内部：


void string::swap(string& s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		std::swap(_size, s._size);
		std::swap(_capacity, s._capacity);
	}

很简单的内容，没什么好说的

13.substr

这个就是很简单的一个函数

声明：

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

函数内部:


string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		if (len > _size - pos)
		{
			string sub(_str + pos);
			return sub;
		}
		else
		{
			string sub;
			sub.reserve(len);
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				sub += _str[i + pos];
			}
			return sub;
		}
	}

ps:上面我用了一些运算符重载，建议结合后面的运算符重载观看

14.运算符重载

这里是我所有使用的运算符重载以完成模拟实现

声明：


string& operator=(const string& s);
char& operator[](size_t pos);
const char& operator[](size_t pos) const;
string& operator+=(char ch);
string& operator+=(const char *str);
bool operator<(const string& s) const;
bool operator>(const string& s) const;
bool operator<=(const string& s) const;
bool operator>=(const string& s) const;
bool operator==(const string& s) const;
bool operator!=(const string& s) const;

函数实现


string& string:: operator=(const string& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity];
			strcpy(tmp, s._str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}
		return *this;
	}
 
	char& string::operator[](size_t pos)
	{
		if (pos < _size)
			return _str[pos];
	}
	const char& string::operator[](size_t pos) const
	{
		if (pos < _size)
			return _str[pos];
	}
	string& string::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}
	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}
	bool string::operator<(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;
	}
	bool string::operator>(const string& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}
	bool string::operator<=(const string& s) const
	{
		return *this < s || *this == s;
	}
	bool string::operator>=(const string& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}
	bool string::operator==(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}
	bool string::operator!=(const string& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}

=号是重载的拷贝构造

[]号是实现下标访问

+=是重载push_back和append

剩下的都是完成判断的

15.clear

声明：

void clear();

函数内部：

直接把_st[0]='\0',_size=0即可


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

16.输入输出流的重载

这里我们之前写日期类的时候应该写过，我就不多讲了，直接展示

声明：


istream& operator>> (istream& is, string& str);
ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);

注意：不要声明在类中

函数内部：


istream& operator>> (istream& is, string& str)
{
		str.clear();
		char ch = is.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			str += ch;
			ch = is.get();
		}
		return is;
}
 
ostream& operator<< (ostream& os, const string& str)
{
		for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)
		{
			os << str[i];
		}
		return os;
}

以上就是我们对于string类的模拟实现希望可以帮助大家更好的理解

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