【C++】学习笔记——string_4

lge1010582024-05-02 21:13

文章目录

六、string类

7. string类的模拟实现

我们在上文简单实现了string类的构造函数。不知道大家有没有发现一个问题，我们在进行实现无参的构造函数时，初始化列表将 _str 初始化为 nullptr 了，但是这里真的可以初始化为 nullptr 吗？要仔细想一想，当不提供参数的时候，我们是应该得到一个空指针还是一个空串？对，我们应该是得到一个空串，空串末尾是携带 '\0' 的。我们在修改上次的问题的同时，再将两个函数给合并成一个缺省函数。

cpp 复制代码 
// string.h 头文件下
#pragma once
#include<iostream>

namespace my
{
	class string
	{
	public:
		// 默认是空串而不是空指针
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
}

OK，接下来实现析构函数。

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

析构函数没什么好说的，接下来我们来实现一下字符串的遍历。

首先要实现的就是 size 函数了，遍历需要知道字符串的长度。

cpp 复制代码 
// 加 const 使其成为 const 成员函数，使 const 对象也能调用这个函数
size_t size() const
{
	return _size;
}

遍历方法①：下标 + [] 遍历

cpp 复制代码 
// 引用返回，可读可写
inline char& operator[](size_t pos)
{
	// 越界检查
	// assert函数需要： #include<assert.h>
	assert(pos < _size);
	// _str是字符数组
	return _str[pos];
}

写了这么多了，我们来使用一下。

cpp 复制代码 
// test.cpp 源文件下
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	{
		std::cout << s[i];
	}
	std::cout << std::endl;
	return 0;
}

nice！但是，我们要知道，下标访问支持可读可写，但是const对象不支持，所以刚刚那个函数不支持const对象，于是我们得重载一个针对于const对象的下标访问函数。

cpp 复制代码 
// 针对 const对象 的可读不可写，加 & 是为了减少拷贝
inline const char& operator[](size_t pos) const
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}

访问容量函数：

cpp 复制代码 
size_t capacity() const
{
	return _capacity;
}

遍历方法②：迭代器。我们之前介绍了，迭代器是类似指针的东西，但是它不一定是指针！ 但是我们这里可以就把它当作指针来实现。

cpp 复制代码 
// string.h 头文件下
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>

namespace my
{
	class string
	{
	public:
		// 底层是原生指针的迭代器
		typedef char* iterator;
		
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

		// 默认是空串而不是空指针
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

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

		// 加 const 使其成为 const 成员函数，使 const 对象也能调用这个函数
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		// 引用返回，可读可写
		inline char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		// 针对 const对象 的可读不可写，加 & 是为了减少拷贝
		inline const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
}

来跑一跑：

cpp 复制代码 
// test.cpp源文件下
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	//for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	//{
	//	std::cout << s[i];
	//}
	//std::cout << std::endl;
	for (auto e : s)
	{
		std::cout << e;
	}
	std::cout << std::endl;
	return 0;
}

由于 范围for 底层就是替换成迭代器的形式，所以这里使用 范围for 来验证迭代器的实现。

没问题，接下来就是为 const对象 来实现专门的 const_iterator 了。

cpp 复制代码 
typedef const char* const_iterator;

const_iterator begin() const
{
	return _str;
}

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

反向迭代器咱们就不去实现了，咱们学到后面了在谈。

接下来实现 string类 的修改。①push_back 尾插。首先先实现扩容函数 reserve 。

cpp 复制代码 
void reserve(size_t n)
{
	// 只有要扩容的大小比当前容量大才能扩容
	if (n > _capacity)
	{
		// 开辟新空间，考虑 '\0' 的空间
		char* tmp = new char[n + 1];
		// 拷贝
		strcpy(tmp, _str);
		// 释放旧空间
		delete[] _str;
		// 更改指针指向
		_str = tmp;
		
		_capacity = n;
	}
}
cpp 复制代码 
void push_back(char ch)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		// 扩容2倍
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
	}

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

接下来是②append追加函数。

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

	// 从末尾开始，拷贝新字符串
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += len;
}

接下来是③重载 +=

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

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

由于我们还没有实现流插入和流提取函数，所以我们无法直接输出我们的字符串，但是我们可以实现 c_str() 函数，这个函数的作用是将 string类型 的字符串转换成C语言的字符数组。

cpp 复制代码 
char* c_str()
{
	// 返回字符数组就好
	return _str;
}

再来跑跑：

cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	//for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	//{
	//	std::cout << s[i];
	//}
	//std::cout << std::endl;
	/*for (auto e : s)
	{
		std::cout << e;
	}
	std::cout << std::endl;*/
	s += '!';
	s += "YYYYYYYYY";
	std::cout << s.c_str() << std::endl;
	return 0;
}

④insert 和 erase

cpp 复制代码 
// 在 pos 位置插入一个字符
void insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	if (_size == _capacity)
	{
		// 扩容2倍
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
	}
	// 小细节
	size_t end = _size + 1;
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end - 1];
		--end;
	}
	_str[pos] = ch;
	++_size;
}

注意细节：end 选择的是每次右移的移动终点，如果是起点，会写成 end = _size; end >= pos 当 pos 等于 0 时，由于end和pos都是无符号整形，end不可能比 0 小，所以就会死循环，当end处于右侧时则完美解决了这个问题。

cpp 复制代码 
// 从 pos 开始，删除 len 个字符，如果 len 是 npos ，则全删
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
	assert(pos < _size);
	// pos + len >= _size 可能会溢出
	if (len == npos || len >= _size - pos)
	{
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	strcpy(_str + pos + len, _str + pos);
	_size -= len;
}

跑跑看：

cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	//for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	//{
	//	std::cout << s[i];
	//}
	//std::cout << std::endl;
	/*for (auto e : s)
	{
		std::cout << e;
	}
	std::cout << std::endl;*/
	//s += '!';
	//s += "YYYYYYYYY";
	//std::cout << s.c_str() << std::endl;
	s.insert(5, 'T');
	std::cout << s.c_str() << std::endl;
	s.erase(8);
	std::cout << s.c_str() << std::endl;
	return 0;
}

接下来是 resize 。

cpp 复制代码 
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
	// 比 size 小则删除
	if (n <= _size)
	{
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
	else
	{
		// 比size大则填充
		reserve(n);
		for (size_t i = _size; i < n; ++i)
		{
			_str[i] = ch;
		}
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
}

再看看：

cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	//for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
	//{
	//	std::cout << s[i];
	//}
	//std::cout << std::endl;
	/*for (auto e : s)
	{
		std::cout << e;
	}
	std::cout << std::endl;*/
	//s += '!';
	//s += "YYYYYYYYY";
	//std::cout << s.c_str() << std::endl;
	//s.insert(5, 'T');
	//std::cout << s.c_str() << std::endl;
	//s.erase(8);
	//std::cout << s.c_str() << std::endl;
	s.resize(5);
	std::cout << s.c_str() << std::endl;
	s.resize(20, 'Q');
	std::cout << s.c_str() << std::endl;
	return 0;
}

写了这么多成员函数，但是没有写拷贝构造函数。有人可能会说哈，拷贝构造函数是默认成员函数，不写编译器也会自动生成，我们不需要写，但是真的不需要写吗？我们之前说过，编译器默认生成的拷贝构造都是浅拷贝，按字节一个一个拷贝，我们来看看下图：

cpp 复制代码 
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
using namespace my;

int main()
{
	string s("hello,world");
	// 拷贝构造
	string s2(s);
	return 0;
}

我们发现这里拷贝构造出来的 s2 和 s 的 _str 指向同一块空间，这就是浅拷贝导致的，这样的情况会使：操作其中一个，另一个也会改变，同一块空间会被析构两次，产生报错。所以说默认的拷贝构造函数不一定好，我们需要自己实现一个深拷贝的拷贝构造函数。

cpp 复制代码 
string(const string& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
	_size = s._size;
	_capacity = s._capacity;
}

不一样了。

未完待续

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