文章目录
- 1.string类的模拟实现
-
- [1.1 浅拷贝](#1.1 浅拷贝)
- [1.2 深拷贝](#1.2 深拷贝)
- [1.3 传统版写法的String类](#1.3 传统版写法的String类)
- [1.4 现代版写法的String类](#1.4 现代版写法的String类)
- [1.4 写时拷贝(了解)](#1.4 写时拷贝(了解))
- [1.5 string类的模拟实现](#1.5 string类的模拟实现)
- [1.6 vs和g++下string结构的说明](#1.6 vs和g++下string结构的说明)
- [1.7 补充的接口](#1.7 补充的接口)
- 2.扩展阅读
1.string类的模拟实现
说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。
1.1 浅拷贝
浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。
就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就你争我夺，玩具损坏。
可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不和其他对象共享。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了。
1.2 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方式提供。
1.3 传统版写法的String类
cpp
//传统写法
string::string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
//strcpy不能拷贝中间有'\0'的字符串
//strcpy(_str, s._str);
memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
//传统写法
//s1=s3
string& string::operator=(const string& s)
{
//&s是取地址操作
//如果不是自己给自己赋值就开空间
if (this != &s)
{
//开一样的空间，再赋值
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
} 1.4 现代版写法的String类
cpp
//现代写法：本质效率没有提升，只是写法不同
string::string(const string& s)
{
//this指针没初始化，可能有风险，所以可以在声明变量时可以设置默认参数
//private:
// char* _str=nullptr;
// size_t _size=0;
// size_t _capacity=0;
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
//现代写法
string& string::operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
return *this;
}
//现代写法更简洁版
string& string::operator=(string tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}1.4 写时拷贝(了解)
写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源
1.5 string类的模拟实现
构造函数和析构函数不能有返回值
string模拟实现参考
cpp
//string.h
#pragma once
#include<iostream>
//strlen需要包含的
#include<string.h>
#include<assert.h>
#include<algorithm>
using namespace std;
//string与库里有命名冲突
namespace bit
{
class string
{
public:
//1)[]下标访问
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//2)范围for底层是迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;//内容不能修改
//开始位置的迭代器
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
//常量字符串默认结尾有'\0'
string(const char* str = "");
~string();
string(const string& s);
string& operator=(const string& s);
void reserve(size_t n);
void push_back(char ch);
void append(const char* str);
//清除数据
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
void resize(size_t n, char ch = '\0');
void insert(size_t pos, char ch);
void insert(size_t pos, const char* str);
void erase(size_t pos=0, 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);
void swap(string& s);
bool operator<(const string& s) const;
bool operator<= (const string & s) const;
bool operator>(const string& s) const;
bool operator>=(const string& s) const;
bool operator==(const string& s) const;
bool operator!=(const string& s) const;
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
//在.cpp中定义，但是const static整型可以这么用，特殊处理
const static size_t npos=-1;
//double不支持
//const static double npos = 1.0;
};
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s);
std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s);
std::istream& getline(std::istream& in, string& str, char delim = '\n');
}
cpp
//string.cpp
#include"string.h"
namespace bit
{
//_str要预留一个字节存'\0'
//string()
// :_str(new char[1] {'\0'} )
// , _size(0)
// , _capacity(0)
//{}
string::string(const char* str)
:_size(strlen(str))
{
//不能用sizeof，只能计算数组大小
_str = new char[_size + 1];
_capacity = _size;
strcpy(_str, str);
}
//析构未完成
string::~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
void string::reserve(size_t n)
{
//永远多开一个空间
//capacity和size是有效数字个数
if (n > _capacity)
{
//扩容
char* tmp = new char[n + 1];
//strcpy(tmp, _str);
memcpy(tmp, _str, _size + 1);
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';
}
//添加字符
void string::append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(std::max(_size + len, _capacity * 2));
}
//strcpy(_str + _size, str);
memcpy(_str + _size, str, len + 1);
_size += len;
}
void string::insert(size_t pos, char ch)
{
//可以在'\0'（下标为_size）位置直接插
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* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
//挪动数据，第一种方法
//(int)pos 将 pos 强制转换为 int
//是为了避免 end（有符号 int）与无符号 pos（通常 size_t）比较时可能出现的无符号整数回绕问题
//例如当 pos=0 时，如果 end 是无符号且递减到 0，再减 1 会变成极大值，导致无限循环
//这里 end 是 int，pos 转成 int，比较在 int 域中进行，安全。
/*int end = _size;
while (end > (int)pos)
{
_str[end+len] = _str[end];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;*/
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
//strncpy(_str + pos, str, len);为了统一写成下面这种
memcpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
}
void string::erase(size_t pos, size_t len)
{
//删除有效字符个数，不是assert(pos <= _size);
assert(pos < _size);
//说明删除后面所有
//npos是整型的最大值，len==npos就是删完所有的意思
if (len == npos || len >= _size - pos)
{
//直接覆盖
_size = pos;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
//删除部分
//把后面往前覆盖
//strcpy(_str + pos , _str + pos + len);
//需要移动的长度[str+pos+len,_size]，左闭右闭，左减右+1
memcpy(_str + pos, _str + pos + len, _size - (pos + len) + 1);
_size -= len;
}
}
//传统写法
//string::string(const string& s)
//{
// _str = new char[s._capacity + 1];
// //strcpy不能拷贝中间有'\0'的字符串
// //strcpy(_str, s._str);
// memcpy(_str, s._str, s._size + 1);
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
//}
//现代写法：本质效率没有提升，只是写法不同
string::string(const string& s)
{
//this指针没初始化，可能有风险，所以可以在声明变量时可以设置默认参数
//private:
// char* _str=nullptr;
// size_t _size=0;
// size_t _capacity=0;
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
//传统写法
//s1=s3
//string& string::operator=(const string& s)
//{
// //&s是取地址操作
// //如果不是自己给自己赋值就开空间
// if (this != &s)
// {
// //开一样的空间，再赋值
// char* tmp = new char[s._capacity + 1];
// strcpy(tmp, s._str);
// delete[] _str;
// _str = tmp;
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
// }
// return *this;
//}
//现代写法
string& string::operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
return *this;
}
//现代写法更简洁版
//string& string::operator=(string tmp)
//{
// swap(tmp);
// return *this;
//}
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
cout << ch;
}
return out;
}
//改变容器的大小，多余空间赋值ch
void string::resize(size_t n, char ch)
{
if (n <= _size)
{
//删除，保留前n个
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
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)
{
//找到对应指针，否则返回空
const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
//如果找到让它返回下标
if (ptr)
return ptr - str;
else
return npos;
}
//从字符串pos位置提取n个字符拷贝
string string::substr(size_t pos, size_t len)
{
assert(pos < _size);
if (len == npos || len >= _size - pos)
{
len = _size - pos;
}
string sub;
reserve(len);
for (size_t i = 0; i < len; i++)
{
sub += _str[pos + i];
}
return sub;
}
std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s)
{
s.clear();
char buff[256];
int i = 0;
char ch;
//这样写读取不到' '
//in >> ch;
ch = in.get();
while (ch != '\n' && ch != ' ')
{
buff[i++] = ch;
//长的字符串
if (i == 255)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
//短的字符串
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
bool string::operator<(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) < 0;
}
bool string::operator<= (const string & s) const
{
return *this < s || *this == s;
}
bool string::operator>(const string& s) const
{
return !(*this <= s);
}
bool string::operator>=(const string& s) const
{
return!(*this < s);
}
bool string::operator==(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) == 0;
}
bool string::operator!=(const string& s) const
{
return !(*this == s);
}
std::istream& getline(std::istream& in, string& s, char delim)
{
s.clear();
char buff[256];
int i = 0;
char ch;
//这样写读取不到' '
//in >> ch;
ch = in.get();
while (ch != delim )
{
buff[i++] = ch;
//长的字符串
if (i == 255)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
//短的字符串
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
//库里的swap函数，会拷贝三次，代价太大，下面的更高效
void string::swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
}
cpp
//test.cpp
#include"string.h"
namespace bit
{
void test_string1()
{
string s1;
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
s2[0] = 'x';
cout << s2.c_str() << endl;
for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
{
s2[i]++;
}
cout << s2.c_str() << endl;
const string s3 = "hello world";//隐式类型转换，构造+拷贝构造->优化为构造
for (size_t i = 0; i < s3.size(); i++)
{
cout << s3[i] << '-';
}
cout << endl;
for (auto ch : s3)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
string s4 = "hello world";
string::iterator it4 = s4.begin();
while (it4 != s4.end())
{
*it4 += 1;
//类似指针
cout << *it4 << " ";
++it4;
}
string::const_iterator it3 = s3.begin();
while (it3 != s3.end())
{
//类似指针
cout << *it3 << " ";
++it3;
}
}
void test_string2()
{
bit::string s1;
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
s2.push_back('x');
s2.push_back('y');
s2.push_back('z');
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("hello");
s3.append("xxxxxxxxxxxxxxxxxx");
cout << s3.c_str() << endl;
string s4("world");
s4.append("xx");
cout << s4.c_str() << endl;
s4+= '*';
s4 += "hello bit";
cout << s4.c_str() << endl;
}
void test_string3()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
s2.insert(5, "yyy");
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(5, 2);
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
s2.erase(5);
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("hello world");
cout << s3.c_str() << endl;
s3.erase(5,100);
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string5()
{
//默认生成的构造是浅拷贝，会导致s1和s2指向同一空间，析构两次
string s1("hello world");
string s2(s1);
s1[0] = 'x';
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
//赋值重载
string s3("hello worldxxxxxx");
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string6()
{
//字符串中间可以有'\0'这个有效字符
string s1("hello world");
s1 += 'x';
s1 += '\0';
s1 += "yyy";
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
//对中间有'\0'的字符拷贝
string s2(s1);
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
}
void test_string7()
{
string s1;
s1.resize(100, '*');
cout << s1 << endl;
s1.resize(10);
cout << s1 << endl;
s1.resize(20, '#');
cout << s1 << endl;
}
void test_string8()
{
string ur1 = "https://cplusplus.com/reference/string/string/rfind/";
//分离网络协议
size_t i1 = ur1.find(':');
if (i1 != string::npos)
{
//protocol协议
string protocol = ur1.substr(0, i1);
cout << protocol << endl;
//分离域名
size_t i2 = ur1.find('/', i1 + 3);
if (i2 != string::npos)
{
string domain = ur1.substr(i1 + 3, i2 - (i1 + 3));
cout << domain << endl;
//分离最后
string uri = ur1.substr(i2 + 1);
cout << uri << endl;
}
}
}
void test_string9()
{
string s1,s2("xxxxx");
cin >> s1>>s2;
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
getline(cin,s1);
cout << s1 << endl;
}
void test_string10()
{
string s1("hello world"), s2("xxxxx");
s1.swap(s2);
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
}
}
int main()
{
//bit::test_string1();
//bit::test_string2();
//bit::test_string3();
//bit::test_string4();
//bit::test_string5();
//bit::test_string6();
//bit::test_string7();
//bit::test_string8();
//bit::test_string9();
bit::test_string10();
return 0;
}1.6 vs和g++下string结构的说明
注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。
- vs下string的结构
string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间：
- 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
- 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
cpp
union _Bxty
{
// storage for small buffer or pointer to larger one
value_type _Buf[_BUF_SIZE];
pointer _Ptr;
char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。
其次：还有一个size_t字段保存字符串长度 ，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
最后：还有一个指针做一些其他事情 。
故总共占16+4+4+4=28个字节。
- g++下string的结构
G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：
- 空间总大小
- 字符串有效长度
- 引用计数
cpp
struct _Rep_base
{
size_type _M_length;
size_type _M_capacity;
_Atomic_word _M_refcount;
};- 指向堆空间的指针，用来存储字符串。
1.7 补充的接口
2.扩展阅读
面试中string的一种正确写法
STL中的string类怎么了？
