C++基础篇——string介绍及其底层实现_c++中string的底层是什么呢

C++基础篇——string及其底层实现

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一、string类的价值

C语言中，字符串是以’\0’结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问，所以由于C语言中的库函数使用起来较为麻烦，C++的STL中提供了一个容器——string

二、string类的常用接口说明

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

1. string类对象的常见构造

void Teststring()
{
	string s1; // 构造空的string类对象s1
	string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
	string s3(s2); // 拷贝构造s3
}
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2. string类对象的容量操作

注意：

1. size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一致，一般情况下基本都是用size()
2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小
3. resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间
   注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变
4. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小

3. string类对象的访问及遍历操作

4. string类对象的修改操作

注意：

1. 在string尾部追加字符时，s.push_back ( c ) / s.append(1, c) / s += 'c’三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串
2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好

5. string类非成员函数

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三、string类的底层实现

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

namespace Tlzns
{

	class string

	{

		friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const Tlzns::string& s);

		friend istream& operator>>(istream& _cin, Tlzns::string& s);

	public:

		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;



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

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

		string& operator=(const string& s)
		{
			string tmp(s);
			swap(tmp);
			return *this;
		}

		~string()
		{
			_size = 0;
			_capacity = 0;

			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}



		//

		// iterator

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}



		// modify

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

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

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

		//void append(const char* str)
		//{
		//	size_t len = strlen(str);

		//	if (_size + len > _capacity)
		//	{
		//		reserve(_size + len);
		//	}

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

		void append(const char* str)
		{
			insert(_size, str);
		}

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

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

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

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



		// capacity

		size_t size()const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity()const
		{
			return _capacity;
		}

		bool empty()const
		{
			if (_size == 0)
			{
				return true;
			}
			else
			{
				return false;
			}
		}

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

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



		// access

		char& operator[](size_t index)
		{
			assert(index < _size);

			return _str[index];
		}

		const char& operator[](size_t index)const
		{
			assert(index < _size);

			return _str[index];
		}



		//relational operators

		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 (strcmp(_str, s._str) == 0);
		}

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



		// 返回c在string中第一次出现的位置

		size_t find(char c, size_t pos = 0) const
		{
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (_str[i] == c)
				{
					return i;
				}
			}
			return npos;
		}

		// 返回子串s在string中第一次出现的位置

		size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const
		{
			char* p = strstr(_str, s);

			if (p)
			{
				return p - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
		}

		// 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置

		string& insert(size_t pos, char c)
		{
			assert(pos <= _size);

			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}

			size_t end = _size + 1;

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

			return *this;
		}

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{	
			assert(pos <= _size);

			size_t len = strlen(str);

			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			size_t end = _size + len;

			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				end--;
			}

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

			return *this;
		}

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

		public:
			const static size_t npos;
	};

	const size_t Tlzns::string::npos = -1;


	ostream& operator<<(ostream& _cout, const Tlzns::string& s)
	{
		for (char ch : s)
		{
			cout << ch;
		}
		return _cout;
	}

	//istream& operator>>(istream& _cin, Tlzns::string& s)
	//{
	//	s.clear();
	//	s.reserve(128);
	//
	//	char ch = _cin.get();
	//
	//	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	//	{
	//		s += ch;
	//		ch = _cin.get();
	//	}
	//
	//	return _cin;
	//}

	istream& operator>>(istream& _cin, Tlzns::string& s)
	{
		s.clear();

		char c[129] = "0";
		char ch = _cin.get();
		int i = 0;

		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			c[i++] = ch;
			ch = _cin.get();

			if (i == 128)
			{
				c[i] = '\0';
				s += c;
				i = 0;
			}
		}

		if (i != 0)
		{
			c[i] = '\0';
			s += c;
		}

		return _cin;
	}



	void test_string1()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;

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

		for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
		{
			cout << s1[i] << " ";
		}
		cout << endl;

		string::iterator it = s1.begin();
		while (it != s1.end())
		{
			(*it)++;
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

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

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

	void test_string2()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;
		s1.push_back(' ');
		s1.append("hello bit hello bit");

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

		s1 += '#';
		s1 += "*********************";
		cout << s1.c_str() << endl;

		string s2;
		s2 += '#';
		s2 += "*********************";
		cout << s2.c_str() << endl;
	}

	void test_string3()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1.c_str() << endl;

		s1.insert(5, '%');
		cout << s1.c_str() << endl;

		s1.insert(s1.size(), '%');
		cout << s1.c_str() << endl;

		s1.insert(0, '%');
		cout << s1.c_str() << endl;
	}

	void test_string4()
	{
		string s1("hello world");
		string s2("hello world");

		cout << (s1 >= s2) << endl;

		s1[0] = 'z';
		cout << (s1 >= s2) << endl;

		cout << s2 << endl;
		cin >> s1;
		cout << s1 << endl;

		//char ch1, ch2;
		//cin >> ch1 >> ch2;

		//cout << ch1 << endl;
		//cout << ch2 << endl;

	}


	void test_string6()
	{
		string s1("hello world");
		cout << s1 << endl;

		s1.resize(5);
		cout << s1 << endl;

		s1.resize(25, 'x');
		cout << s1 << endl;
	}



	void test_string8()
	{
		string s1("hello world");
		string s2 = s1;
		cout << s1 << endl;
		cout << s2 << endl;

		string s3("xxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		s2 = s3;

		cout << s2 << endl;
		cout << s3 << endl;
	}

}
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