【C++】string的模拟实现-创新互联

文章目录

• 前言
• 1. 默认构造函数
• 2. 析构
• 3. 深浅拷贝问题
• 4. 拷贝构造
• 5. 赋值运算符重载
• 6. 迭代器
• 7. reserve和resize
• 8. push_back等接口
• 9. insert和erase
• 10. 流插入和流提取
• 整体代码

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前言

模拟实现string类，最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。

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string的底层实现是一个动态顺序表，成员变量如下：

namespace nb//为了与库中区分，用命名空间封装
{class string
	{public :
		//成员函数

	private:

			char* _str;

			size_t _capacity;

			size_t _size;
			//静态成员变量 -->size_t的大值
			static const size_t npos = -1;
			
	};
}

1. 默认构造函数

// string s;
//string(const char* str = "\0") 错误示范 
//string(const char* str = nullptr) 错误示范
string(const char* str = "")
{size_t len = strlen(str);
	_capacity = _size = len;
	//_capacity是可以存有效字符的，+1存'\0'
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
	//memcpy(_str, str, _size + 1);
}

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2. 析构

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

---

3. 深浅拷贝问题

这里如果使用系统自动生成的拷贝构造会出错：

// 测试
void TestString()
{string s1("hello world!");
	string s2(s1);
}

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，此时编译器会生成默认的，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

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行操作时，就会发生访问违规。

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，不要和其他对象共享

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

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4. 拷贝构造

//传统写法：
// s2(s1)
//string(const string& s)
//{//	_size = s._size;//_size和_capacity不包含'\0'
//	_capacity = s._capacity;
//	_str = new char[_capacity + 1];
//	strcpy(_str, s._str);
//}

//现代写法：
//提供swap是因为：std::swap交换两个string对象
//将会发生1次拷贝构造，2次赋值，3次深拷贝代价高
void swap(string& s)
{//仅交换成员
	std::swap(_str, s._str);
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string(const string& s)
	:_str(nullptr)//防止交换后tmp._str为随机值，析构出错
	, _size(0)
	, _capacity(0)
{string tmp(s._str);//构造
	swap(tmp);
}

---

5. 赋值运算符重载

//传统写法：
//string& operator=(const string& s)
//{//	if (this != &s)//防止自己给自己赋值 -->this没有const修饰
//	{//		_size = s._size;
//		_capacity = s._capacity;
//		char* tmp = new char[_capacity + 1];
//		delete[] _str;

//		_str = tmp;
//		strcpy(_str, s._str);
//	}
//	return *this;
//}

//现代写法：
string& operator=(string s)//注意不要传引用
{swap(s);
	return *this;
}

6. 迭代器

string的迭代器就是一个原生指针

typedef char* iterator;
iterator begin()
{return _str;
}

iterator end()
{return _str + _size;
}

---

7. reserve和resize

void reserve(size_t n)
{//只有n >_capacity才扩容
	if (n >_capacity)
	{char* tmp = new char[n + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;//释放原来空间
		_capacity = n;
		_str = tmp;
	}
}
void resize(size_t n, char c = '\0')
{if (n >_size)
	{reserve(n);
		for (size_t i = _size; i< n; ++i)
		{	_str[i] = c;
		}

		_size = n;
		_str[_size] = '\0';
	}
	else
	{_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
}

---

8. push_back等接口

• push_back

void push_back(char c)
{if (_size == _capacity)
	{size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
		reserve(newCapacity);
	}
	_str[_size] = c;
	++_size;
	_str[_size] = '\0';
}

• operator+=

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

• append

void append(const char* str)
{size_t len = strlen(str);
	if (_size + len >_capacity)
	{reserve(_size + len);
	}
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += len;
}

---

9. insert和erase

string& insert(size_t pos, const char* str)
{size_t len = strlen(str);
	//判断是否扩容
	if (_size + len >_capacity)
	{reserve(_size + len);
	}

	size_t end = _size + len;
	while (end >pos + len - 1)
	{_str[end] = _str[end - len];
		--end;
	}
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
	return *this;
}

 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置

string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{assert(pos< _size);
	if (len == npos || pos + len >= _size)
	{_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{strcpy(_str + pos, _str + len + pos);
		_size -= len;
	}
	return *this;
}

---

10. 流插入和流提取

std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const nb::string& s)
{for (size_t i = 0; i< s.size(); ++i)
	{_cout<< s[i];
	}
	return _cout;
}

std::istream& operator>>(std::istream& _cin, nb::string& s)
{s.clear();

	char buff[128] = {'\0' };
	size_t i = 0;
	char ch = _cin.get();
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{if (i == 127)
		{	// 满了
			s += buff;
			i = 0;
		}
		//先输入到buffer中，避免频繁扩容
		buff[i++] = ch;

		ch = _cin.get();
	}

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

	return _cin;
}

---

整体代码

string.h

#pragma once
#include#include 
namespace nb
{class string
	{public:

		typedef char* iterator;

		string(const char* str = "")
		{	size_t len = strlen(str);
			_capacity = _size = len;
			_str = new char[_capacity + 1];//_capacity是可以存有效字符的，+1存\0
			strcpy(_str, str);
			//memcpy(_str, str, _size + 1);
		}
		//传统写法：
		// s2(s1)
		//string(const string& s)
		//{//	_size = s._size;//_size和_capacity不包含'\0'
		//	_capacity = s._capacity;
		//	_str = new char[_capacity + 1];
		//	strcpy(_str, s._str);
		//}

		//现代写法：
		//提供swap是因为：std::swap交换两个string对象
		//将会发生1次拷贝构造，2次赋值，3次深拷贝代价高
		void swap(string& s)
		{	//仅交换成员
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)//防止交换后tmp._str为随机值，析构出错
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{	string tmp(s._str);//构造
			swap(tmp);
		}

		//传统写法：
		//string& operator=(const string& s)
		//{//	if (this != &s)//防止自己给自己赋值 -->this没有const修饰
		//	{//		_size = s._size;
		//		_capacity = s._capacity;
		//		char* tmp = new char[_capacity + 1];
		//		delete[] _str;

		//		_str = tmp;
		//		strcpy(_str, s._str);
		//	}
		//	return *this;
		//}

		//现代写法：
		string& operator=(string s)//注意不要传引用
		{	swap(s);
			return *this;
		}
		~string()
		{	delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}

		//

		// iterator

		iterator begin()
		{	return _str;
		}

		iterator end()
		{	return _str + _size;
		}

		/

		// modify

		void push_back(char c)
		{	if (_size == _capacity)
			{		size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}
			_str[_size] = c;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}

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

		void append(const char* str)
		{	size_t len = strlen(str);
			if (_size + len >_capacity)
			{		reserve(_size + len);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}

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

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

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

		/

		// capacity

		size_t size()const
		{	return _size;
		}

		size_t capacity()const
		{	return _capacity;
		}

		bool empty()const
		{	return _size == 0;
		}

		void resize(size_t n, char c = '\0')
		{	if (n >_size)
			{		reserve(n);
				for (size_t i = _size; i< n; ++i)
				{_str[i] = c;
				}

				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
			{		_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}

		void reserve(size_t n)
		{	if (n >_capacity)
			{		char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_capacity = n;
				_str = tmp;
			}
		}

		///

		 access

		char& operator[](size_t index)
		{	assert(index< _size);//注意断言
			return _str[index];
		}

		//const只读
		const char& operator[](size_t index)const
		{	assert(index< _size);
			return _str[index];
		}

		///

		relational operators

		bool operator<(const string& s)
		{	return strcmp(_str, s._str)< 0;
		}

		bool operator<=(const string& s)
		{	return strcmp(_str, s._str)<= 0;
		}

		bool operator>(const string& s)
		{	return !(*this<= s);
		}

		bool operator>=(const string& s)
		{	return !(*this< s);
		}

		bool operator==(const string& s)
		{	return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}

		bool operator!=(const string& s)
		{	return !(*this == s);
		}

		 返回c在string中第一次出现的位置

		size_t find(char c, size_t pos = 0) const
		{	assert(pos< _size);
			for (size_t i = pos; i< _size; ++i)
			{		if (_str[i] == c)
				{return i;
				}
			}
			return npos;
		}

		 返回子串s在string中第一次出现的位置

		size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const
		{	assert(pos< _size);
			char* ptr = strstr(_str + pos, s);
			if (ptr == NULL)
			{		return npos;
			}
			else
			{		return ptr - _str;
			}
		}

		 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置

		string& insert(size_t pos, char c)
		{	assert(pos<= _size);
			if (_size == _capacity)
			{		size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
				reserve(newCapacity);
			}
			//挪数据
			size_t end = _size + 1;
			while (end >pos)
			{		_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}
			_str[pos] = c;
			++_size;
			return *this;
		}

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{	size_t len = strlen(str);
			if (_size + len >_capacity)
			{		reserve(_size + len);
			}

			size_t end = _size + len;
			while (end >pos + len - 1)
			{		_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;
			return *this;
		}

		 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置

		string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{	assert(pos< _size);
			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{		_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{		strcpy(_str + pos, _str + len + pos);
				_size -= len;
			}
			return *this;
		}

	private:

		char* _str;

		size_t _capacity;

		size_t _size;
		const static size_t npos = -1;
	};
	std::ostream& operator<<(std::ostream& _cout, const nb::string& s)
	{for (size_t i = 0; i< s.size(); ++i)
		{	_cout<< s[i];
		}
		return _cout;
	}

	std::istream& operator>>(std::istream& _cin, nb::string& s)
	{s.clear();

		char buff[128] = {'\0' };
		size_t i = 0;
		char ch = _cin.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{	if (i == 127)
			{		// 满了
				s += buff;
				i = 0;
			}
			//先输入到buffer中，避免频繁扩容
			buff[i++] = ch;

			ch = _cin.get();
		}

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

		return _cin;
	}
}

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