string的模拟实现"/>
【C++】：string的模拟实现
朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关string的模拟实现，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！
C 语 言 专 栏：C语言：从入门到精通
数据结构专栏：数据结构
个 人 主 页 ：stackY、
C + + 专 栏 ：C++
Linux 专 栏 ：Linux
目录
1. 基本构造
2. 深拷贝
2.1 传统写法
2.2 现代写法
2.3 写时拷贝（了解）
2. 容量相关接口
2.1 size、capacity、clear、empty
2.2 reserve
2.3 resize
3. 迭代器
3.1 operator[ ]
3.2 begin、end
4. 修改相关接口
4.1 push_back、c_str、npos
4.2 operator+=、append
4.3 insert
4.4 erase
5. 运算符重载
6. 流插入和流提取
6.1 流提取
6.2 流插入
1. 基本构造
为了区别库中本来的string，我们可以将模拟实现的string封装在我们自己的命名空间中，string的基本构造构造函数、拷贝构造、析构函数。
头文件：string.h
#pragma once #include <iostream>using namespace std;// //模拟实现string，将实现的string封装在自己的命名空间中 namespace ywh {class string{public://构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str)),_capacity(_size){//根据空间大小为_str开辟空间_str = new char[_capacity + 1]; //多开辟一个存放'\0'//将str拷贝至_strstrcpy(_str, str);}//析构~string(){//匹配使用delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}private:char* _str;size_t _size; //有效元素个数size_t _capacity; //空间大小}; }
2. 深拷贝
在之前的文章中提到过关于浅拷贝的问题，我们不写编译器默认生成的拷贝构造就是浅拷贝，但是string存在资源的创建的，所以我们得自己实现一个深拷贝的拷贝构造。
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示给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
2.1 传统写法
#pragma once #include <iostream> using namespace std; // //模拟实现string，将实现的string封装在自己的命名空间中 namespace ywh {class string{public://构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str)),_capacity(_size){//根据空间大小为_str开辟空间_str = new char[_capacity + 1]; //多开辟一个存放'\0'//将str拷贝至_strstrcpy(_str, str);}//析构~string(){//匹配使用delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}//传统写法//拷贝构造string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 1];_size = s._size;_capacity = s._capacity;strcpy(_str, s._str);}//赋值运算符重载string& operator=(const string& s){if (this != &s){//使用一块新的空间来保存s的数据char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp; //直接将_str重新指向tmp_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}private:char* _str;size_t _size; //有效元素个数size_t _capacity; //空间大小}; }传统写法的代码不容易看懂而且还比较麻烦，我们可以尝试新的方法。
2.2 现代写法
#pragma once #include <iostream> using namespace std;// //模拟实现string，将实现的string封装在自己的命名空间中 namespace ywh {class string{public://构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str)),_capacity(_size){//根据空间大小为_str开辟空间_str = new char[_capacity + 1]; //多开辟一个存放'\0'//将str拷贝至_strstrcpy(_str, str);}//析构~string(){//匹配使用delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}/*//传统写法//拷贝构造string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 1];_size = s._size;_capacity = s._capacity;strcpy(_str, s._str);}//赋值运算符重载string& operator=(const string& s){if (this != &s){//使用一块新的空间来保存s的数据char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp; //直接将_str重新指向tmp_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}*///现代写法void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}//拷贝构造string(const string& s):_str(nullptr),_size(0),_capacity(0){//复用构造函数string tmp(s._str);swap(tmp);}//赋值运算符重载string& operator=(string tmp){//直接交换swap(tmp);return *this;}private:char* _str;size_t _size; //有效元素个数size_t _capacity; //空间大小}; }上述方法是比较简单的，但是还是一种深拷贝的情况，那么可以通过写时拷贝来进行浅拷贝。
2.3 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。
2. 容量相关接口
以下接口都是在string类中实现：
2.1 size、capacity、clear、empty
//清理 void clear() {_size = 0;_str[_size] = '\0'; } //有效个数 size_t size() const {return _size; } //容量 size_t capacity() const {return _capacity; } //判空 bool empty()const {return 0 == _size; }2.2 reserve
当要扩容的空间比原来的空间大时才可以进行扩容，重新开辟一块新的空间，先将_str拷贝至新空间，然后再将_str指向的旧空间进行释放，再将_str重新指向新的空间，然后将新空间的_capacity置为新的容量即可：
//预留空间 void reserve(size_t n) {//当传递的n大于本来的空间才可以扩容if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;} }2.3 resize
当传递的n小于原本的_size，只需要将_str中下标为n的地方置为'\0'即可，再将_size改为n，如果大于_size，那么可以复用reserve预留空间，然后将剩余的空间用指定的字符来进行填充，如果没有指定字符，默认使用'\0'来填充，然后在最后面再添加上'\0'来表示末尾。
//修改有效个数 void resize(size_t n, char ch = '\0') {//小于直接添加'\0'截止if (n <= _size){_str[n] = '\0';_size = n;}else{//大于先预留空间reserve(n);//再将指定的字符依次插入，末尾在添加'\0'while(_size < n){_str[_size] = ch;_size++;}_str[_size] = '\0';} }
3. 迭代器
3.1 operator[ ]
//非const operator[] char& operator[](size_t pos) {assert(pos < _size);return _str[pos]; } //const operator[] const char& operator[](size_t pos) const {assert(pos < _size);return _str[pos]; }3.2 begin、end
typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;//非const iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}//constconst_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}
4. 修改相关接口
4.1 push_back、c_str、npos
#pragma once #include <iostream> #include <assert.h>using namespace std;// //模拟实现string，将实现的string封装在自己的命名空间中 namespace ywh {class string{public:基本构造////...容量接口////...迭代器//...修改接口////尾插void push_back(char ch){if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}//c格式的字符串const char* c_str() const{return _str;}private:char* _str;size_t _size; //有效元素个数size_t _capacity; //空间大小public:const static size_t npos; //静态对象需要在全局定义}; }const size_t string::npos = -1;4.2 operator+=、append
//追加字符串void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (len + _size > _capacity){reserve(len + _size);}strcpy(_str+_size, str);_size += len;}//+=运算符重载string& operator+=(const char ch){//复用尾插push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){//复用appendappend(str);return *this;}4.3 insert
在pos位置插入字符有两种写法：
1. end表示size位置，end类型为int（有符号整形）
当进行头部插入（pos == 0），如果end类型为size_t（无符号整型），那么end就永远不可能小于pos，如果end类型为int，那么在进行end与pos的比较时，end会进行类型提升，从有符号整型提升为无符号整型，所以为了防止类型提升，需要将pos强制转化为int
//在pos位置插入字符void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}//挪动数据int end = _size; //end类型只能为intwhile (end >= (int)pos) //防止类型提升,所以进行强转{_str[end + 1] = _str[end];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}2. end表示size的后一个位置，end的类型为size_t（无符号整型）
//在pos位置插入字符void 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++;}在pos位置插入字符串同样的也有两种写法，这里就不做演示了。
//在pos位置插入字符串void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(len + _size);}//挪动数据int end = _size; //end类型只能为intwhile (end >= (int)pos) //防止越界进行强转，防止类型提升{_str[end + len] = _str[end - 1];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;}4.4 erase
//删除pos位置void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{size_t begin = pos + len;while (begin <= _size){_str[begin - len] = _str[begin];begin++;}_size -= len;}}
5. 运算符重载
bool operator<(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool operator==(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) == 0;}bool operator<=(const string& s) const{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s) const{return !(*this <= s);}bool operator>=(const string& s) const{return !(*this < s);}bool operator!=(const string& s) const{return !(*this == s);}
6. 流插入和流提取
6.1 流提取
//全局operator<< //流插入 ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) {for (size_t i = 0; i < s.size(); i++){out << s[i];}/*for (auto ch : s)out << ch;*/return out; }6.2 流插入
重载流提取时要注意：库里面的cin与scanf是不读取空格和换行的，即便是我们输入了空格和换行它也不会读取，所以在重载流插入时要使用库里面的get
进行流插入之前先要清理一下字符串，避免上一次的字符串进行混淆，这里还要注意一下，当我们输入的东西很多的时候，它就面临了要不断的进行扩容，如果我们刚开始就进行扩容一点空间，那么还可能存在空间不够用，或者是浪费空间的问题，那么该怎么办呢？
我们可以使用一个字符数组buff当作一个缓存区，将这个buff大小设为129，将输入的字符先储存在这个数组里面，当这个数组满了之后再将这个数组的内容尾插到string中，如果没有满，就将剩下的内容继续尾插，这样就避免了string自己进行多次扩容的问题：
//流提取 istream& operator>>(istream& in, string& s) {s.clear(); //清理char ch;char buff[129]; //设置缓存区ch = in.get(); //输入int i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 128) //满了就往string中尾插{buff[++i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}//将剩下的内容插入stringif (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in; }
朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！
更多推荐
【C++】：string的模拟实现
发布评论