【C++驾轻就熟】string类以及string类的模拟实现
C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数， 但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。sring类的文档介绍总结：在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;2. string类对象的容量操作注意：注意： 上面已经
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一、为什么学习string类？
C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数， 但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。
二、标准库中的string类
2.1 string类(了解)
- 字符串是表示字符序列的类
- 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
- string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信 息，请参阅basic_string)。
- string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits 和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
- 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个 类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。
总结：
- string是表示字符串的字符串类
- 该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作
- string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string string;
- 不能操作多字节或者变长字符的序列。
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;
2.2 string类的常用接口说明
1. string类对象的常见构造
void Teststring()
{
string s1; // 构造空的string类对象s1
string s2("hello bit"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
string s3(s2); // 拷贝构造s3
}
2. string类对象的容量操作
注意：
- size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一 致，一般情况下基本都是用size()。
- clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
- resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字 符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的 元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大 小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。
- reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于 string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。
3. string类对象的访问及遍历操作
4. string类对象的修改操作
注意：
- 在string尾部追加字符时，s.push_back(c) / s.append(1, c) / s += 'c'三种的实现方式差不多，一般 情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。
- 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。
5. string类非成员函数
三、 string类的模拟实现
3.1 经典的string类问题
上面已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己 来模拟实现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。大家看下以 下string类的实现是否有问题？
// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}
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。
3.2 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。
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。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。
3.3 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。
3.4 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。
四、string类的部分模拟实现
废话不多说，直接上代码
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace lxp
{
struct 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])
,_size(0)
,_capacity(0)
{
_str[0] = '\0';
}
string(const char* str)
:_str(new char[strlen(str)+1])
,_size(strlen(str))
,_capacity(_size)
{
memcpy(_str, str, _size + 1);
}
string(const string& s)
{
_str = new char[s._size + 1];
memcpy(_str, s._str, s._size+1);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
char* tmp = new char[s._size + 1];
memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
void swap(string& s)
{
string tmp = s;
s = *this;
*this = tmp;
}
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 reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
memcpy(tmp, _str, n + 1);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _size)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
reserve(n);
for (int i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
// 2倍扩容
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
// 至少扩容到_size + len
reserve(_size + len);
}
//strcpy(_str + _size, str);
memcpy(_str + _size, str, len + 1);
_size += len;
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
void insert(size_t pos, size_t n, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
size_t end = _size;
while (end >= pos && end != npos)
{
_str[end + n] = _str[end];
--end;
}
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[pos + i] = ch;
}
_size += n;
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos <= _size);
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
//_str[pos] = '\0';
_size = pos;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
size_t end = pos + len;
while (end <= _size)
{
_str[pos++] = _str[end++];
}
_size -= len;
}
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == ch)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
if (ptr)
{
return ptr - _str;
}
else
{
return npos;
}
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t n = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
n = _size - pos;
}
string tmp;
tmp.reserve(n);
for (size_t i = pos; i < pos + n; i++)
{
tmp += _str[i];
}
return tmp;
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
bool operator<(const string& s) const
{
int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);
return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
}
bool operator==(const string& s) const
{
return _size == s._size
&& memcmp(_str, s._str, _size) == 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);
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
const static size_t npos;
};
const size_t string::npos = -1;
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch = in.get();
// 处理前缓冲区前面的空格或者换行
while (ch == ' ' || ch == '\n')
{
ch = in.get();
}
//in >> ch;
char buff[128];
int i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
//in >> ch;
ch = in.get();
}
if (i != 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
};
结尾
如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，希望大家可以在评论区提一下。
希望大家以后也能和我一起进步！！
如果这篇文章对你有用的话，请大家给一个三连支持一下！！
谢谢大家收看🌹🌹
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