模拟实现string【C++】

文章目录

• 全部的实现代码放在了文章末尾
• 准备工作
• • 包含头文件
  • 定义命名空间和类
  • • 类的成员变量
• 构造函数
• • 默认构造
  • 拷贝构造
• 重载赋值拷贝函数
• 析构函数
• 迭代器和获取迭代器
• • 迭代器
  • 获取迭代器
• resize【调整size】
• • 图解
• reserve【调整capacity】
• empty【判断串是否为空】
• operator[]
• append
• push_back
• operator+=
• insert【在pos之前插入字符串】
• erase【删除从pos开始的len个字符】
• swap
• find
• substr
• operator+
• compare
• 比较运算符重载
• • operator>
  • operator==
  • operator<
  • operator>
  • operator<=
  • operator!=
• c_str
• operator<<【输出运算符重载】
• operator>>【输入运算符重载】
• 全部代码
• • mystring.h
  • mystring.cpp

全部的实现代码放在了文章末尾

准备工作

创建三个文件，一个头文件mystring.h，两个源文件mystring.cpp tesr.cpp

【因为是简单实现，所以只实现了string里放char这一种实现，就没有用模板了】

1. mystring.h：存放包含的头文件，命名空间的定义
2. mystring.cpp：存放成员函数和命名空间中的函数的定义
3. test.cpp：存放main函数，以及测试代码

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包含头文件

1. iostream：用于输入输出
2. string.h：C语言的头文件，用于使用其中的操作字符数组的函数
3. assert.h：用于使用报错函数

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定义命名空间和类

在文件mystring.h和mystring.cpp中都定义上一个命名空间mystring

把mystring.h中类的声明放进命名空间，把mystring中的函数实现也放进命名空间

注意：
不同源文件的同名的命名空间经过编译链接之后可以合成在一起

类的成员变量

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构造函数

默认构造

给默认构造的str加上缺省值（""）就可以实现不传参数时就是空串了

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拷贝构造

因为成员str申请了堆区空间，所以要手写拷贝构造，并且要实现深拷贝

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重载赋值拷贝函数

因为成员str申请了堆区空间，所以要手写赋值拷贝，并且要实现深拷贝

为什么要防止自己给自己赋值？

【this指针指向接收赋值的对象，所以只要this与传入的参数的地址相等就是自己赋值给自己】

因为要深拷贝，所以要把一个对象中的所有成员都拷贝一遍，时间复杂度是
O（N）,所以有必要防止自己给自己赋值

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析构函数

因为成员str申请了堆区空间，所以要手写析构，不能用编译器给的默认析构

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迭代器和获取迭代器

迭代器

因为存放字符的空间的地址是连续的，且只是简单模拟

所以我用了char*作为普通迭代器，const char*作为const迭代器

直接把char*重命名为iterator，把const char*重命名为const_iterator就完成了迭代器的实现

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获取迭代器

因为使用了char*作为迭代器
所以str就是第一个有效元素，str+size就是最后一个有效字符的下一个位置(\0)

又因为const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
所以如果是const修饰的对象调用begin()和end()的时候，就会自动调用到const修饰的begin和end.

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resize【调整size】

void string::resize(size_t n,char c='\0')
{
    if (n > _capacity) 当要调整的容量n大于最大容量时，就要扩容
    {
        char* tmp = new char[n +1];申请size+1个空间，那多出来的1是给'\0'的

        strcpy(tmp, _str);拷贝字符串（把右参数拷贝给左参数）

        delete[] _str;释放扩容前str指向的空间

        _str = tmp;完成扩容

        for (; _size <n; _size++)把多出来的有效字符用c补上
        {
            _str[_size] = c;
        }

        _str[_size] = '\0'; 补完之后加上字符串结束标志'\0'

        _capacity = n;更新最大容量
    }
    else
    {
        if (n > _size)如果调整之后的size  大于  原来的size
                      就要把少（n-size)的有效字符用c补上
        {
            for (; _size < n; _size++)把多出来的有效字符用c补上
            {
                _str[_size] = c;
            }
            _str[_size] = '\0';补完之后加上字符串结束标志'\0'
        }
        else 如果调整之后的size  小于  原来的size
            就要把多的字符删除
        {
            _size = n;调整有效字符大小

            _str[_size] = '\0';直接把n位置改成'\0'即可删除多余字符
        }
    }
}

图解

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reserve【调整capacity】

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empty【判断串是否为空】

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operator[]

返回值要是char&这样才能像字符数组一样访问和修改串中的字符

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append

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push_back

可以直接服用append

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operator+=

也可以直接服用append

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insert【在pos之前插入字符串】

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erase【删除从pos开始的len个字符】

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swap

因为存放字符串的空间是在堆区开辟的，用成员str去指向的
所以直接交换两个对象的str中存放的地址就可以完成存储的字符串的交换了
不需要拷贝

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find

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substr

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operator+

直接复用operator+=
因为+不改变字符串本身，所以要用一个临时对象存储+=之后的字符，再用传值返回即可

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compare

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比较运算符重载

operator>

复用compare

---

operator==

复用compare

---

operator<

复用operator>和operator==

---

operator>

复用operator>和operator==

---

operator<=

复用operator>

---

operator!=

复用operator==

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c_str

作用是获取string对象中的str成员。

一般是要在C++中使用C语言函数时使用，因为C语言不支持string，所以只能用字符指针代替一下

operator<<【输出运算符重载】

重载了之后就可以
直接用cout输出string实例化的对象了

例

string a("aaaaa");
cout<<a<<endl;

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operator>>【输入运算符重载】

重载了之后就可以
直接用cin把字符串输入到string实例化的对象里面了

istream是输入流对象，比如我们常用的  cin  就是  istream实例化的对象

istream& operator>>(istream& is, string& obj)
{
    char str[100];  存储  输入的  每一行的字符

    int sum = 0;  使用sum记录输入的  每一行  的字符个数
    char c = 0;

    \n是换行符（回车），所以  没遇到  \n就  没换行
    while ((c = is.get()) != '\n')  一次读取一个字符
    {
        if (sum == 99)  当sum等于99时说明  str数组存不下了
        {
            str[sum] = '\0';  末尾加上了\0才是字符串

            obj += str;  使用+=把str数组中的字符先加上去

            sum = 0;  sum置成0，继续记录
        }
        else  否则
        {
            把读取到的字符存进str数组里
            str[sum++] = c;
        }
    }

    sum!=0说明最后输入的最后一行字符个数  小于99个，没有+=上
    if (sum != 0)
    {
        str[sum] = '\0';  末尾加上了\0才是字符串

        obj += str;  使用+=把str数组中的字符先加上去
    }
    return is;  为支持链式编程，返回  输入流对象  的引用
}

---

全部代码

mystring.h

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

namespace mystring
{
    class string
    {
    public:
        typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
        

        string(const string& obj);
        string(const char* str = "");
        string& operator=(const string&obj);

        ~string();

        iterator begin();
        const_iterator begin() const;

        iterator end();
        const_iterator end() const;

        size_t size() const;
        size_t capacity() const;
        void resize(size_t n, char c='\0');

        void reserve(size_t n = 0);

        void clear();
        bool empty() const;

        char& operator[](size_t pos);
        const char& operator[](size_t pos)const;

        string& append(const string& obj);
        string& append(char ch);
        void push_back(char c);
        string& operator+=(const string& obj);
        string& operator+=(char c);
        string& assign(const string& str);
        string& insert(size_t pos, const string& str);
        string& insert(size_t pos,char c);
        string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);
        void swap(string& str);
        const char* c_str() const;
        size_t find(const string& str, size_t pos = 0) const;
        size_t find(char c, size_t pos = 0) const;
        string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const;
        int compare(const string& str) const;
        string operator+(const string& obj)const;
        string operator+(char c)const;
        bool operator>(const string&obj)const;
        bool operator<(const string& obj)const;
        bool operator>=(const string& obj)const;
        bool operator<=(const string& obj)const;
        bool operator==(const string& obj)const;
        bool operator!=(const string& obj)const;
       
    private:
        char* _str;//指向存放字符串的堆区空间的指针
        size_t _size;//字符串的有效字符个数
        size_t _capacity;//字符串的最大容量

        static const size_t npos;//理论上可以存储的最大字符个数
    };
    ostream& operator<< (ostream& os, const string& obj);
    istream& operator>>(istream& is,string& obj);
}

---

mystring.cpp

#include"string.h"

namespace mystring
{
    const size_t string::npos = -1;

    string::string(const string& obj)//因为成员在堆区申请了空间所以要写深拷贝的拷贝构造
    {
        _str = new char[obj._size + 1];// 申请size + 1个空间，那多出来的1是给'\0'的


        strcpy(_str, obj._str);//使用该函数把字符串把obj中的字符串拷贝过来


        _capacity = obj._capacity;


        _size = obj._size;
    }

    string::string(const char* str) //让str的缺省值为""（空字符串）

        :_size(strlen(str))//构造函数会先走成员初始化列表，借此先计算出size
    {
         assert(str != nullptr);//防止传入的字符指针是空的

         _str = new char[_size + 1];//申请size+1个空间，那多出来的1是给'\0'的

         strcpy(_str, str);//使用该函数把字符串str中的字符拷贝过来

         _capacity = _size;//设置初始最大容量和size一样大
    }

    string& string::operator=(const string&obj)
    {
        if (this != &obj)//防止自己赋值给自己
        {
            delete[] _str;//先释放接收赋值之前str指向的堆区空间
                          //因为接收赋值之后，str中存放的地址就被覆盖了

            _str = new char[obj._size + 1];//申请size+1个空间，那多出来的1是给'\0'的

            strcpy(_str, obj._str);//拷贝字符串（把右参数拷贝给左参数）

            _size = obj._size;

            _capacity = obj._capacity;
        }
        return *this;
    }


    string::~string()
    {
        delete[] _str;//释放str指向的堆区空间

        _str = nullptr;

        _size = 0;

        _capacity = 0;
    }


    string::iterator string::begin()//普通起始迭代器
    {
        return _str;
    }

    string::const_iterator string::begin() const//const起始迭代器
    {
        return _str;
    }

    string::iterator  string::end()//普通结束迭代器
    {
        return _str + _size;
    }

    string::const_iterator  string::end() const//const结束迭代器
    {    
        return _str + _size;
    }

    
    size_t  string::size() const
    {
        return _size;
    }


    void string::resize(size_t n,char c)
    {
        if (n > _capacity)//当要调整的size，n大于最大容量时，就要扩容
        {
            char* tmp = new char[n +1];//申请size+1个空间，那多出来的1是给'\0'的

            strcpy(tmp, _str);//拷贝字符串（把右参数拷贝给左参数）

            delete[] _str;//释放扩容前str指向的空间

            _str = tmp;//完成扩容

            for (; _size <n; _size++)//把多出来的有效字符用c补上
            {
                _str[_size] = c;
            }

            _str[_size] = '\0'; //补完之后加上字符串结束标志'\0'

            _capacity = n;//更新最大容量
        }
        else
        {
            if (n > _size)//如果调整之后的size  大于  原来的size
                          //就要把少（n-size)的有效字符用c补上
            {
                for (; _size < n; _size++)//把多出来的有效字符用c补上
                {
                    _str[_size] = c;
                }
                _str[_size] = '\0';//补完之后加上字符串结束标志'\0'
            }
            else//如果调整之后的size  小于  原来的size
                //就要把多的字符删除
            {
                _size = n;//调整有效字符大小

                _str[_size] = '\0';//直接把n位置改成'\0'即可删除多余字符
            }
        }
    }


    size_t string::capacity() const
    {
        return _capacity;
    }


    void string::reserve(size_t n)//注意：n是指元素个数，不是字节数
    {
        if (n > _capacity)//当要调整的容量n大于capacity时,才扩容
        {
            char* tmp = new char[n + 1];//申请size+1个空间，那多出来的1是给'\0'的

            strcpy(tmp, _str);//拷贝字符串（把右参数拷贝给左参数）

            delete[] _str;//拷贝之后再释放旧空间

            _str = tmp;//指向新开辟的空间

            _capacity = n;//更改最大容量
        }
    }


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



    bool string::empty() const
    {
        return _size == 0;//如果size==0就为真，就会return true
                          //如果size!=0就为假，就会return false
    }


    char& string::operator[](size_t pos)
    {
        assert(pos<_size);//防止越界访问



        return _str[pos];//因为存放字符的空间是连续的
                         //所以直接像数组一样，使用pos位置的字符就可以
    }

    //const修饰的对象会自动调用下面这个
    const char& string::operator[](size_t pos)const
    {
        assert(pos < _size);//防止越界访问


        return _str[pos];
    }

    //在串尾加上一个string对象或者  字符串【可以隐式类型转换为string对象】
    string& string::append(const string& obj)
    {
        if (_capacity < obj._size + _size)//如果容量不够了
        {
            reserve(obj._size + _size);//就扩容
        }

        //从指定地址开始  拷贝字符串（把右参数拷贝给左参数）
        strcpy(_str + _size, obj._str);

        _size += obj._size;//改变有效字符个数

        return *this;
    }

    //在串尾加上一个字符
    string& string::append(char ch)
    {
        if (_capacity <_size+1)//如果容量不够了
        {
            reserve(_size + 1);//就扩容
        }

        _str[_size++] = ch;

        _str[_size] = '\0';//\0被ch覆盖了，再加回来

        return *this;
    }


    void string::push_back(char c)
    {

        append(c);//复用append，尾插一个字符c

    }

    string& string::operator+=(const string& obj)
    {
        append(obj);//复用append，尾插一个string对象/字符串

        return *this;
    }

    string& string::operator+=(char c)
    {
        append(c);//复用append，尾插一个字符c

        return *this;
    }



    string& string::assign(const string& obj)
    {
        *this = obj;
        return *this;
    }



    string& string::insert(size_t pos, const string& obj)
    {
        if (_capacity < obj._size + _size)//如果容量不够了
        {
            reserve(obj._size + _size);//就扩容
        }

        //从要插入的pos位置开始，把pos和其之后的字符都
        //向后移动  传入的对象的size个位置
        for (int i = _size; i >=(int) pos; i--)
        {
            _str[i + obj._size] = _str[i];
        }

        //把字符串插入进去
        for (int i = pos,j=0; i<obj._size+pos; i++,j++)
        {
            _str[i] = obj._str[j];
        }

        _size += obj._size;
        _str[_size] = '\0';//再补上\0
        return *this;
    }

    string& string::insert(size_t pos, char c)
    {
        if (_capacity < _size + 1)
        {
            reserve(_size + 1);
        }
        for (int i = _size; i >=(int) pos; i--)
        {
            _str[i + 1] = _str[i];
        }
        _str[pos] = c;
        return *this;
    }


    string& string:: erase(size_t pos , size_t len)
    {
        if (len > _size - pos)//如果len大于pos及其之后的字符的长度  或者 len==npos
        {
            _str[pos] = '\0';//就直接把pos及其之后的字符  全部删除

            _size = pos;//把size更改成新的有效长度
        }
        else//否则
        {
            //把从pos开始的字符都  用它+len之后的字符进行覆盖，即可完成删除
            for (int i = pos; i <=_size-len; i++)
            {
                _str[i] = _str[i + len];
            }

            _size -= len;//把size更改成新的有效长度
        }
        return *this;
    }


    void string::swap(string& obj)
    {
        //使用库里面的swap把 两个对象的成员变量交换即可
        std::swap(_str, obj._str);
        std::swap(_size, obj._size);
        std::swap(_capacity, obj._capacity);
    }

    //获取string对象中的  str成员
    const char* string::c_str() const
    {
        return _str;
    }

    //从pos位置开始查找字符串
    size_t string::find(const string&obj, size_t pos) const
    {
        const char* p = NULL; //p为找到的字符串的首地址

        //使用string.h里面的strstr查找子串，如果  找不到  就返回NULL
        if ((p=strstr(_str + pos, obj._str)) == NULL)
        {
            return npos;//找不到  就返回  npos
        }
        else
        {
            return p - _str;//返回下标，p为找到的字符串的  首地址
                            //p-字符数组的首地址str  等于str到p之前的元素个数-1，即下标
        }
    }



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

    //把从pos开始的长度为len的子串  作为一个新的字符串返回
    string string::substr(size_t pos, size_t len) const
    {
        if (len > _size - pos)//如果len大于pos及其之后的所有 字符的长度或者len==npos
        {
            string tmp(_str + pos);//直接用默认构造把pos及其之后的字符全部  做新串返回

            return tmp;
        }
        else//否则
        {
            //申请长度为len+1的空间，多出的1是给\0的
            char* p = new char[len + 1];

            strncpy(p, _str+pos, len);//把从pos开始的长度为len的子串拷贝给p

            p[len] = '\0';

            string tmp(p);//用默认构造创建出新字符串

            return tmp;
        }
    }

    //比较两个字符串的大小
    //返回值大于0就是  左>右
    // 返回值等于0就是  左=右
    // 返回值小于0就是  左<右
    int string::compare(const string& obj) const
    {
        //使用string.h里面的  strcmp即可完成判断
        return strcmp(_str, obj._str);
    }


    string string::operator+(const string& obj)const
    {
        string tmp(*this);//拷贝构造出一个临时对象

        tmp += obj;//让临时对象去+=，就不会改变字符串自己了

        return tmp;//传值返回
    }



    string string::operator+(char c)const
    {
        string tmp(*this);//拷贝构造出一个临时对象

        tmp += c;

        return tmp;
    }


    bool string::operator>(const string& obj)const
    {
        if (compare(obj) > 0)//返回值大于0就是  左>右
                             //即调用函数的对象>传入的对象
            return true;
        else
            return false;
    }


    bool string::operator<(const string& obj)const
    {
        if (!(*this >= obj))// < 就是>=取反
        {
            return true;
        }
        else
            return false;
    }

    bool string::operator>=(const string& obj)const
    {
        //大于等于  是  大于或者等于
        if (*this > obj || *this == obj)

            return true;
        else

            return false;
    }

    bool string::operator<=(const string& obj)const
    {
        //小于等于就是  不大于，即大于取反
        if (!(*this > obj))
            return true;
        else
            return false;
    }


    bool string::operator==(const string& obj)const
    {
        if (compare(obj) == 0)//返回值大于0就是  左=右
                              //即调用函数的对象=传入的对象
            return true;
        else

            return false;
    }


    bool string::operator!=(const string& obj)const
    {
        //不等于就是  等于取反
        if (!(*this==obj))

            return true;
        else

            return false;
    }

    //ostream是输出流对象，比如我们常用的cout就是  ostream实例化的对象
    ostream& operator<< (ostream& os, const string& obj)
    {

        const char* p = obj.c_str();//获取string对象中的 str成员

        os << p;//可以用字符指针直接输出  它指向  的字符串

        return os;//为支持链式编程，返回输出流对象的引用
    }

    //istream是输入流对象，比如我们常用的  cin  就是  istream实例化的对象
    istream& operator>>(istream& is, string& obj)
    {
        char str[100];//存储  输入的  每一行的字符

        int sum = 0;//使用sum记录输入的  每一行  的字符个数
        char c = 0;

        //\n是换行符（回车），所以  没遇到  \n就  没换行
        while ((c = is.get()) != '\n')//一次读取一个字符
        {
            if (sum == 99)//当sum等于99时说明  str数组存不下了
            {
                str[sum] = '\0';//末尾加上了\0才是字符串

                obj += str;//使用+=把str数组中的字符先加上去

                sum = 0;//把sum置成0，继续记录
            }
            else//否则
            {
                //把读取到的字符存进str数组里
                str[sum++] = c;
            }
        }

        //sum!=0说明最后输入的最后一行字符个数  小于99个，没有+=上
        if (sum != 0)
        {
            str[sum] = '\0';//末尾加上了\0才是字符串

            obj += str;//使用+=把str数组中的字符先加上去
        }
        return is;//为支持链式编程，返回  输入流对象  的引用
    }
}

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