【C++】string的模拟实现

lovevivi

发布于 2023-04-20 18:59:36

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string底层是一个字符数组为了跟库里的string区别，所以定义了一个命名空间将string类包含

1. string的模拟实现

1.构造函数

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{
    class string
    {
    public:
    string()//无参构造函数
        //初始化列表
        :_str(nullptr)
        ,_size(0)
        ,_capaicty(0)
    {

    }
    string(const char*str)//带参构造函数
        :_str(str),
         _size(strlen(str)),
        _capaicty(strlen(str))
    {

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

    };
    void test()
    {
        string s1;
        string s2("hello world");
    }
}

若写成两个构造函数，一个设置成无参，一个设置成带参，若调用如上的带参构造函数就会报错，将str传给_str，属于权限放大，为了解决这个问题，可以将_str改为const char*类型，但是无法修改_str所指向的内容，调用operator[]函数就会报错

使用new开辟空间

因为后续要考虑扩容等问题，所以最好是new一块空间而无参的构造函数为了保持析构都用delete[]，所以使用new[]

优化成全缺省的构造函数

不可以将缺省值设置成nullptr，strlen(str)对于str指针解引用，遇到'\0'终止，解引用NULL会报错
将缺省值设置成一个空字符串，结尾默认为'\0'

string(const char* str="")//构造函数

            :_size(strlen(str))
        {
            if (_size == 0)
            {
                _capaicty = 3;
            }
            else
            {
                _capaicty = _size;
            }
            _str = new char[_capaicty + 1];
            strcpy(_str, str);

        }

2. C_str

     const char* C_str()//返回const char*类型的指针 
    {
         return  _str;
    }

返回const char*类型的指针相当于返回字符串

3. operator[]

  char&amp; operator[](size_t pos)//operator[]
     {
         return _str[pos];
     }
      char&amp; operator[](size_t pos)const //函数重载
      {
          return _str[pos];
      }

由于可能存在 string与const string类型所以设置成两个函数构成函数重载

调用函数print 需要使用operator[ ]const 而正常遍历 s[i] ，需要调用 operator [ ]

4.拷贝构造

浅拷贝

拷贝构造函数如果不写编译器会自动生成，对于内置类型完成值拷贝或者浅拷贝

若使用编译器自动生成的拷贝构造就会报错

s2与s3发生浅拷贝，导致两个指针都指向同一块空间，一个修改会影响另一个，会析构两次空间

深拷贝

创建一块同样大小的空间，并将原来的数据拷贝下来，这样就是s2与s3指向各自的空间，一个被修改也不会影响另一个

string(const string&amp; s)//拷贝构造
            :_size(s._size),
            _capaicty(s._capaicty)
        {
            _str = new char[_capaicty + 1];//开辟一块空间
            strcpy(_str, s._str);//将s2拷贝给s1
        }

5. 赋值

赋值运算符也是默认成员函数，如果不写会进行浅拷贝/值拷贝

三种情况

正常赋值会存在以下是那种情况

若为第一种两者空间大小相同，则进行值拷贝
若为第二种s1的空间远大于s2的空间，进行值拷贝会浪费空间，所以系统会按照第三种做法执行
若为第三种，s1的空间太小，需要new开辟一块空间，将旧空间销毁，将s2拷贝到新开辟的空间
编译器不会这样处理，直接将旧空间释放，再去开新空间，并将值拷贝过来

    string&amp; operator=(const string&amp; s)//赋值 s1=s3
        {
            if (this != &amp;s)//排除赋值本身的情况
            {
                char* tmp = new char[s._capaicty + 1];
                strcpy(tmp, s._str);
                delete[] _str;
                _str = tmp;
                _size = s._size;
                _capaicty = s._capaicty;
            }
                return *this;
        }

若释放旧空间，如果new失败了，则破坏原有空间所以使用一个临时变量tmp接收开辟的空间，如果new成功将tmp传给_str，若new失败也不会破坏s1空间

6. 迭代器

typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
        iterator begin()
        {
            return _str;
        }
        iterator end()
        {
            return _str + _size;
        }
        
        iterator begin()const //指针指向的内容不能被修改
        {
            return _str;
        }
        iterator end()const
        {
            return _str + _size;
        }

使用typedef 分别将用iterator代替 char* const_iterator代替 const char*

7.比较(ASCII值)大小

bool operator==(const string&amp; s)const //s1==s2
      {
          return strcmp(_str, s._str)==0;
      }
      bool operator<(const string&amp; s)const //s1<s2
      {
          return strcmp(_str, s._str) < 0;
      }
      bool operator<=(const string&amp; s)const //s1<=s2
      {
          return *this < s || *this == s;
      }
      bool operator>(const string&amp; s)const //s1>s2
      {
          return !(*this <= s);
      }
      bool operator>=(const string&amp; s)const //s1>=s2
      {
          //复用
          return *this > s || *this == s;
      }
      bool operator!=(const string&amp; s)const //s1!=s2
      {
          return !(*this == s);
      }

通过C语言函数strcmp，比较字符串从头开始字符的ASCII值，再通过复用来实现剩下的
如果不小心在复用时将const修饰的传给非const成员就会报错，所以括号外面加上const，修饰this指针

8. reserve(扩容)

 void reserve(size_t n)//开辟空间
      {
          if (n > _capacity)//防止缩容的问题
          {
              char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'
              strcpy(tmp, _str);
              delete[]_str;
              _str = tmp;
              _capacity = n;//计算有效
          }
      }

reserve主要实现类似扩容的操作

为了防止new失败，所以使用临时变量tmp指向new出来的空间，若new成功，释放旧空间，并将_str指向新空间

9. push_back(尾插字符)

void push_back(char ch)//尾插字符
      {
          if (_size + 1 > _capaicty)
          {
              reserve(2 * _capaicty);//开辟2倍空间
          }
          _str[_size] = ch;
          _size++;
      }

通过reserve进行类似扩容的操作，再将ch赋值给当前最后一个字符

10. append(尾插字符串)

void append(const char* str)//尾插 字符串
      { 
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capaicty)
          {
              reserve(_size + len);
          }
          strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串
          _size += len;
      }

通过reserve类似扩容的操作，扩大了字符串长度的空间，并且在原字符串'\0'的位置开始拷贝str字符串

11. +=(字符/字符串)

string&amp; operator+=(char ch)//+= 字符
      {
          push_back(ch);
          return *this;
      }
      string&amp; operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载
      {
          append(str);
          return *this;
      }

使用使用上面实现好的push_back和append

12. insert

在pos位置前插入字符ch

 void insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch
      {
          if (_size + 1 > _capacity)//扩容
          {
              reserve(2 * _capacity);
          }
          size_t end = _size + 1;//'\0'的下一个位置
          while (end > pos)
          {
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end - 1];
              end--;
           }
          _str[pos] = ch;
          _size++;
      }

由于pos与end都是size_t类型，没有负数所以当while循环条件设置为end>=pos并且pos=0时，end--，end变为负数，计算的是其补码，所以一直成立，无法结束循环

把前面的传给后面的，当end下标为1时，end-1的下标为0，循环结束

在pos位置前插入字符串str

 void insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str
      {
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capacity)//扩容
          {
              reserve(_size + len);
          }
          size_t end = _size + len;
          while (end > pos+len-1)
          {
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end-len];
              end--;
          }
          strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'
          _size += len;
      }

临界条件为保证最后一次下标end减去len,在下标为0的位置上，所以取边界为pos+len end>pos+len-1 ，最后一次取值即为pos+len 使用strncpy函数，不包含'\0'，将str拷贝给_str+pos下标位置开始的len个字符

13 .resize

void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化
      {
          if (n <= _size)//删除数据保留前n个
          {
              _size = n;
              _str[n] = '\0';
          }
          else //n>_size
          {
              if (n >_capacity)//扩容
              {
                  reserve(n);
              }
              int i = _size;
              while (i < n)//剩余空间初始化为ch
              {
                  _str[i] = ch;
                  i++;
              }
              _size = n;
              _str[_size] = '\0';
          }
      }

分为三种情况 n<size 删除数据 size<n<capacity 剩余空间初始化 n>capacity 扩容+初始化

14. erase

pos位置开始删除len个数据

 static const size_t npos = -1;
      string&amp; erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据
      {
          if (len==npos||pos+len>=_size)
          {
              //全部删除
              _str[pos] = '\0';
              _size = pos;
          }
          else
          {
              strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'
              _size -= len;
          }
          return *this;
      }

pos处于下标为2的位置上，共有两种情况

当pos+len<总长度时，使用strcpy函数拷贝，从而覆盖删除要被删除的字符

当pos+len大于总长度或者len等于npos时，剩余长度全部删除

15. 流插入<<

流插入重载必须实现为友元函数么？
不对，使用友元函数是为了在类外面调用类的私有的成员变量，若不需要调用则不用友元函数

    ostream&amp; operator<<(ostream&amp; out, const string&amp;s)
    {
        int i = 0;
        
        for (i = 0; i < s.size(); i++)
        {
            out << s[i] << " ";
        }
        return out;
    }

实现流插入不可以调用C_str()，因为C_str()返回的是一个字符串，遇见'\0'就会结束，但若打印结果有好几个'\0'，则遇见第一个就会结束，不符合预期

16. 流提取 >>

输入多个值，C++规定空格/换行是值与值之间的区分

istream&amp; operator>>(istream&amp; in,  string&amp; s)//>>
    {//错误写法
        char ch;
        in >> ch;
        while (ch != ' ' &amp;&amp; ch != '\n')
        {
            s += ch;
            in >> ch;
        }
        return in;
    }

上述代码在循环中无法找到空格/换行，导致循环无法停止
输入的数据在缓冲区中，使用循环在缓冲区中提取数据，但是空格/换行不在缓冲区中,因为认为它是多个值之间的间隔
使用get就不会认为空格/换行是多个值之间的间隔，若遇见空格/换行就会存储缓冲区中等待提取

istream&amp; operator>>(istream&amp; in,  string&amp; s)//>>
    {
        s.clear();
        char ch = in.get();
        char buf[128];
        size_t index = 0;
        while (ch != ' ' &amp;&amp; ch != '\n')
        {
            buf[index++] = ch;
            if (index == 127)//为了防止频繁扩容
            {
                buf[127] = '\0';
                s += buf;
                index = 0;
            }
            ch = in.get();
        }
        if (index != 0)
        {
            buf[index] = '\0';
            s += buf;
        }
        return in;
    }

当需要输入的string对象中有值存在时，需要先使用clear清空，再输入新的数据
为了避免频繁扩容，使用一个128的字符数组接收，若输入的数据比128小，跳出循环将数组中的数据传给string类s，若输入的数据比128大，则将字符数组整体传给string类s，再正常扩容

2. 整体代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{
    class string
    {
    public:
    //string()//无参构造函数
    //	//初始化列表
    //	:_str(new char[1])//为了析构都是用delete[]，匹配使用
    //	,_size(0)
    //	,_capaicty(0)
    //{
    //	_str[0] = '\0';
    //}
    //string(const char*str)//带参构造函数
    //	
    //	 :_size(strlen(str))
    //{
    //     _capaicty = _size;
    //	 _str = new char[_capaicty+1];//因为有'\0'的存在所以多开一个空间
    //	 strcpy(_str, str);//拷贝
    //}
        typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
        iterator begin()
        {
            return _str;
        }
        iterator end()
        {
            return _str + _size;
        }
        
        iterator begin()const 
        {
            return _str;
        }
        iterator end()const
        {
            return _str + _size;
        }

        string(const char* str="")//构造函数

            :_size(strlen(str))
        {
            if (_size == 0)
            {
                _capacity = 3;
            }
            else
            {
                _capacity = _size;
            }
            _str = new char[_capacity + 1];
            strcpy(_str, str);

        }

        string(const string&amp; s)//拷贝构造
            :_size(s._size),
            _capacity(s._capacity)
        {
            //深拷贝
            _str = new char[_capacity + 1];//开辟一块空间
            strcpy(_str, s._str);//将s2的值传给s1
        }

        string&amp; operator=(const string&amp; s)//赋值 s1=s3
        {
            if (this != &amp;s)//排除赋值本身的情况
            {
                char* tmp = new char[s._capacity + 1];
                strcpy(tmp, s._str);
                delete[] _str;
                _str = tmp;
                _size = s._size;
                _capacity = s._capacity;
            }
                return *this;
        }

        size_t size()const
        {
            return _size;
        }

     const char* C_str()//返回const char*类型的指针 
    {
         return  _str;
    }
    
      char&amp; operator[](size_t pos)//operator[]
     {
         return _str[pos];
     }
      char&amp; operator[](size_t pos)const //函数重载
      {
          return _str[pos];
      }

      bool operator==(const string&amp; s)const //s1==s2
      {
          return strcmp(_str, s._str)==0;
      }
      bool operator<(const string&amp; s)const //s1<s2
      {
          return strcmp(_str, s._str) < 0;
      }
      bool operator<=(const string&amp; s)const //s1<=s2
      {
          return *this < s || *this == s;
      }
      bool operator>(const string&amp; s)const //s1>s2
      {
          return !(*this <= s);
      }
      bool operator>=(const string&amp; s)const //s1>=s2
      {
          //复用
          return *this > s || *this == s;
      }
      bool operator!=(const string&amp; s)const //s1!=s2
      {
          return !(*this == s);
      }

      void reserve(size_t n)//开辟空间
      {
          if (n > _capacity)//防止缩容的问题
          {
              char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'
              strcpy(tmp, _str);
              delete[]_str;
              _str = tmp;
              _capacity = n;//计算有效
          }
      }

      void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化
      {
          if (n <= _size)//删除数据保留前n个
          {
              _size = n;
              _str[n] = '\0';
          }
          else //n>_size
          {
              if (n >_capacity)//扩容
              {
                  reserve(n);
              }
              int i = _size;
              while (i < n)
              {
                  _str[i] = ch;
                  i++;
              }
              _size = n;
              _str[_size] = '\0';
          }
      }

      void push_back(char ch)//尾插字符
      {
          if (_size + 1 > _capacity)
          {
              reserve(2 * _capacity);//开辟2倍空间
          }
          _str[_size] = ch;
          _size++;
          //ch是一个字符，所以用单独处理'\0'
          _str[_size] = '\0';
      }

      void append(const char* str)//尾插 字符串
      { 
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capacity)
          {
              reserve(_size + len);
          }
          strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串
          _size += len;
          //str是一个字符串，本身带'\0'
      }

      string&amp; operator+=(char ch)//+= 字符
      {
          push_back(ch);
          return *this;
      }
      string&amp; operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载
      {
          append(str);
          return *this;
      }

      string&amp; insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch
      {
          if (_size + 1 > _capacity)//扩容
          {
              reserve(2 * _capacity);
          }
          size_t end = _size + 1;
          while (end > pos)
          {
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end - 1];
              end--;
           }
          _str[pos] = ch;
          _size++;
          return *this;
      }

      string&amp; insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str
      {
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capacity)//扩容
          {
              reserve(_size + len);
          }
          size_t end = _size + len;
          while (end > pos+len-1)
          {
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end-len];
              end--;
          }
          strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'
          _size += len;
          return *this;
      }

      static const size_t npos = -1;
      string&amp; erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据
      {
          if (len==npos||pos+len>=_size)
          {
              //全部删除
              _str[pos] = '\0';
              _size = pos;
          }
          else
          {
              strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'
              _size -= len;
          }
          return *this;
      }

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

      size_t find(char c, size_t pos =0)
      {
          int i = 0;
          for (i = pos; i < size(); i++)
          {
              if (_str[i] == c)
              {
                  return i;
              }
          }
          return npos;	
      }
      size_t find(const char* str, size_t pos = 0)//从pos位置开始找子串
      {
          char*p=strstr(_str+pos, str);
          if (p == nullptr)
          {
              return npos;
          }
          else
          {
              return p - _str;//指针相减为个数
          }
      }
      void clear()//清空
      {
          _str[0] = '\0';
      }
    ~string()//析构
    {
        delete[]_str;
        _str = nullptr;
        _size = 0;
        _capacity = 0;
    }
    private:
        char* _str;
        size_t _size;
        size_t _capacity;
    };
    ostream&amp; operator<<(ostream&amp; out, const string&amp;s)//<<
    {
        int i = 0;
        for (i = 0; i < s.size(); i++)
        {
            out << s[i];
        }
        return out;
    }
    istream&amp; operator>>(istream&amp; in,  string&amp; s)//>>
    {
        s.clear();
        char ch = in.get();
        char buf[128];
        size_t index = 0;
        while (ch != ' ' &amp;&amp; ch != '\n')
        {
            buf[index++] = ch;
            if (index == 127)//为了防止频繁扩容
            {
                buf[127] = '\0';
                s += buf;
                index = 0;
            }
            ch = in.get();
        }
        if (index != 0)
        {
            buf[index] = '\0';
            s += buf;
        }
        return in;
    }
    void print(const string&amp; s)
    {
        string::const_iterator it = s.begin();
        while (it != s.end())
        {
            cout << *it << " ";
            it++;
        }
        cout << endl;
    }
    void test()
    {
        string s1;
        cin >> s1;
        cout << s1;
    }
}

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原始发表：2023-04-18，如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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