(C++)string类的模拟实现

愿所有美好如期而遇

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前言

我们模拟实现string类不是为了去实现他，而是为了了解他内部成员函数的一些运行原理和时间复杂度，在将来我们使用时能够合理地去使用他们。

为了避免我们模拟实现的string类与全局上的string类冲突(string类也在std命名空间中)，我们用自己的命名空间包起来。

namespace A
{
    class string
    {
        static void test()
        {

        }
    }    
}

int main()
{
    A::string::test();
}

接下来我们开始模拟实现string类。

私有的成员变量，我们设计无符号整型计算有效字符数量的_size，以及记录空间大小的_capacity,最后就是字符指针，我们将来开辟好一块空间后存放字符串，将由他来指向。

namespace A
{
    class string
    {


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

构造函数：

默认是空串，并且我们默认比有效字符多开一个字节的空间，之后进行拷贝。

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

	strcpy(_str, str);
}

拷贝构造函数:

我们模拟实现string类，一定会有空间的开辟，一但对象涉及到拷贝，就不能是浅拷贝，否则会出现一块空间两次释放，直接崩掉。

string(const string& str)
{
	_capacity = str._capacity;
	_size = str._size;
	_str = new char[_capacity + 1];

	strcpy(_str, str.c_str());
}

赋值运算符重载：

同拷贝构造，对象也是不能值拷贝，否则会出现一块空间释放两次。

string& operator=(const string& str)
{
	if (this != &str)
	{
		_capacity = str._capacity;
		_size = str._size;

		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, str.c_str());

		delete[] _str;
		_str = tmp;
	}	

    return *this;
}

析构函数：

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

将string转换为const char*，我们会在strlen等C的接口处使用，比如strlen(s.c_str())，因为strlen他的参数是const char*类型的。

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

四个迭代器

只有物理地址空间连续才可以像这样，如果是链表，我们不能这样做。

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;
}

尾插单个字符,_capacity和_size都是只考虑有效字符，我们在创建空间时默认开空间比_capacity大一。

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

		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
	}

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

reserve函数，我们使用reserve重新开空间，也是只考虑有效字符。

我们实现的reserve不可以缩容。

void reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)
	{
		char* tmp = _str;
		//比需求多开一个字节的空间
		_str = new char[n + 1];
		strcpy(_str, tmp);
        //别忘记_capacity
		_capacity = n;
		delete[] tmp;
	}
}

尾插字符串

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

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

赋值运算符+=的重载

//三个版本的+=运算符重载
string& operator+=(const string& str)
{
	append(str.c_str());
	return *this;
}

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

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

成员函数swap

//不用进行深拷贝，直接交换地址和大小
void swap(string& s)
{
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
	std::swap(_str, s._str);
}

清空字符串函数

void clear()
{
	memset(_str, 0, _size);
}

返回有效字符数量 ，判断是否为空

size_t size()const
{
	return _size;
}

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

重载[]运算符，我们重载两个版本的，重载const版本是因为我们有时候只读，不写，所以需要这样的重载。

char& operator[](size_t index)
{
	return _str[index];
}

const char& operator[](size_t index)const
{
	return _str[index];
}

find函数，找到后返回下标。strstr找到后返回的是找到的字符串的首地址，否则返回空。

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

	return npos;
}

//hello world
size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const
{
	char* tmp = strstr(_str, s);
	if (tmp == nullptr)
	{
		return npos;
	}

	return tmp - _str;
}

insert函数，从pos位置插入单个字符，以及字符串

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

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

		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
	}

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

	return *this;
}

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

	int len = strlen(str);
	if (len + pos > _capacity)
	{
		reserve(len + pos);
	}

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

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

	return *this;
}

erase函数，删除从pos节点开始的len个字符

string& erase(size_t pos, size_t len)
{
	//如果pos == size就和没删除一样，相当于删\0
	assert(pos < _size);

	//从pos位置删除len个字符,也就是pos后的字符全部删掉
	//传的len值接近npos,pos+len可能溢出，也会有未知错误
	if (len == npos || pos + len >= _size)
	{
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{
		strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
		_size -= len;
	}

	return *this;
}

substr，截取从pos位置开始长度为len的字符串 ，在他返回时，就是对象的值拷贝，会有临时对象产生，临时对象就需要我们自己写的拷贝构造函数了。

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
	assert(pos < _size);

	int end;
	string str;

	//hello world 2 3
	if (len == npos || pos + len > _size)
	{
		end = _size;
	}
	else
	{
		end = pos + len;
	}

	//记得给str扩容
	str.reserve(end - pos);
	while (end > pos)
	{
		str += _str[pos++];
	}

	return str;
}