《C++ string 完全指南：string的模拟实现》

string的模拟实现

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文章目录

• string的模拟实现
• 一、浅拷贝和深拷贝
• • 1.浅拷贝
  • 2.深拷贝
  • 3.写时拷贝
• 二、定义string的成员变量
• 三、string的接口实现
• • 1.string的默认成员函数
  • • （1）构造函数实现
    • （2）析构函数实现
    • （3）拷贝构造函数
    • （4）赋值运算符重载
  • 2.string的迭代器实现
  • 3.string的容量操作函数
  • 4.string的访问操作函数
  • 5.string的修改操作函数
  • 6.string的查找函数
  • 7.string的c_str和substr
  • [8.string的< <= > >= == !=](#8.string的< <= > >= == !=)
  • 9.string的operator>>
• 四、源代码总结
• • 1.String.h
  • 2.String.cpp

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一、浅拷贝和深拷贝

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1.浅拷贝

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2.深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出

一般情况都是按照 深拷贝 提供

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3.写时拷贝

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二、定义string的成员变量

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三、string的接口实现

1.string的默认成员函数

（1）构造函数实现

这种短小频繁调用的函数，可以直接定义到类里面，默认是 inline

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（2）析构函数实现

这里要注意一下判断 str是否为空

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（3）拷贝构造函数

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（4）赋值运算符重载

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2.string的迭代器实现

string中迭代器iterator就是一个指针。所以我们直接使用typedef实现
begin（）和end（） 本质上都是 指针

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3.string的容量操作函数

size（）、capacity（）、clear（）、empty（）都很简单！一看就懂！

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接下来是reserve()，只要新容量大于旧容量就发生扩容。

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4.string的访问操作函数

这部分较为简单，其实就是 数组的下表访问 和 front()与back()

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5.string的修改操作函数

两个常用的修改函数： push_back()与append()

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+=就是在push_back和append的应用！

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insert有两种类型，第一种类似于头插，第二种类似于任意位置插入
二者都需要挪动数据和检验数组的扩容问题

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pop_back函数较为简单！
字符串的删除函数erase函数类似于尾删，也可以任意位置删除
将pos位置后所有字符往前移动len个单位，如果为字符len=1，否则len=字符串长度

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6.string的查找函数

find函数既可以查找字符，也可以查找字符串（用strstr函数）

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7.string的c_str和substr

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8.string的< <= > >= == !=

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9.string的operator>>

注意普通istream对象无法提前空格与\n。这是我们就需要一个函数get()来提取

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四、源代码总结

1.String.h

代码如下（示例）：

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace bit
{
	class string
	{
	public:
		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;
		}
		/*string()
			:_str(new char[1]{'\0'})
			,_size(0)
			,_capacity(0)
		{}*/

		// 短小频繁调用的函数，可以直接定义到类里面，默认是inline
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			// _capacity不包含\0
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		// 深拷贝问题
		// s2(s1)
		/*string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}*/

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

		// s2(s1)
		// 现代写法
		string(const string& s)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}

		// s2 = s1
		// s1 = s1
		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				delete[] _str;

				_str = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(_str, s._str);
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}

			return *this;
		}*/

		// s1 = s3;
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if (this != &s)
		//	{
		//		//string tmp(s._str);
		//		string tmp(s);

		//		swap(tmp);
		//	}
		//	return *this;
		//}

		// s1 = s3;
		string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);

			return *this;
		}

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

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

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}
		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}
		// 可读可写
		char& front()
		{
			return _str[0];
		}
		char& back()
		{
			return _str[_size - 1];
		}
		// 可读不可写
		const char& front()const
		{
			return _str[0];
		}
		const char& back()const
		{
			return _str[_size - 1];
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}

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

			return _str[pos];
		}

		/*void copy_on_write()
		{
			if (count > 1)
			{
				深拷贝
			}
		}*/
		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, size_t len = npos);

		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);
	private:
		//char _buff[16];
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0;

		//static const size_t npos = -1;
		static const size_t npos;

		/*static const int N = 10;
		int buff[N];*/
	};

	bool operator<(const string& s1, const string& s2);
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator==(const string& s1, const string& s2);
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2);

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
	istream& operator>>(istream& in, string& s);
}

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2.String.cpp

代码如下（示例）：

#include"string.h"

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

	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			//cout << "reserve:" << n << endl;

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

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

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

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

	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
			reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
		}

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

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

	void string::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);

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

		// 挪动数据
		size_t end = _size + 1;
		while (end > pos)
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			--end;
		}

		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}

	void string::insert(size_t pos, const char* s)
	{
		assert(pos <= _size);

		size_t len = strlen(s);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
			reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
		}

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

		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			_str[pos + i] = s[i];
		}

		_size += len;
	}
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);

		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		else
		{
			for (size_t i = pos + len; i <= _size; i++)
			{
				_str[i - len] = _str[i];
			}

			_size -= len;
		}
	}

	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);

		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)
	{
		assert(pos < _size);

		const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
		if (ptr == nullptr)
		{
			return npos;
		}
		else
		{
			return ptr - _str;
		}
	}

	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);

		// len大于剩余字符长度，更新一下len
		if (len > _size - pos)
		{
			len = _size - pos;
		}

		string sub;
		sub.reserve(len);
		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			sub += _str[pos + i];
		}

		return sub;
	}

	bool operator<(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
	}
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return s1 < s2 || s1 == s2;
	}
	bool operator>(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 <= s2);
	}
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 < s2);
	}
	bool operator==(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
	}
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 == s2);
	}

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}

		return out;
	}

	// 17：16继续
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();

		const int N = 256;
		char buff[N];
		int i = 0;

		char ch;
		//in >> ch;
		ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;

				i = 0;
			}

			//in >> ch;
			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}

		return in;
	}
}

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