[C++初阶]string类的详解
一、string类的模拟实现
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，面试官总喜欢让我们来模拟实现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？
头文件:string.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;namespace STring
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin();iterator end();const_iterator begin() const;const_iterator end() const;string(const char* str = "");string(const string& s);string& operator=(const string& s);~string();const char* c_str() const;size_t size() const;char& operator[](size_t pos);const char& operator[](size_t pos) const;void reserve(size_t n);void push_back(char ch);void append(const char* str);string& operator+=(char ch);string& operator+=(const char* str);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);void swap(string& s);string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);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;void clear();private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t npos;};
}//string.cpp
#include"string.h"
namespace STring
{const size_t string::npos = -1;string::iterator string::begin(){return _str;}string::const_iterator string::begin() const{return _str;}string::iterator string::end(){return _str + _size;}string::const_iterator string::end() const{return _str+_size;}string:: string(const char* str):_size(strlen(str)){_str = new char[_size+1];_capacity = _size+1;strcpy(_str, str);}string::string(const string& s){_str = new char[s._capacity];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}string::~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}const char* string::c_str() const{return _str;}size_t string :: size() const{return _size;}void string::reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void string::push_back(char ch){if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;_str[_size + 1] = '\0';++_size;}void string::append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, _str);_size += len;insert(_size, _str);}void string::insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size = _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1] + 1;--end;}_str[pos] = ch;++_size;}void string::insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);int len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_capacity+len);}size_t end = _size + len;while (end > pos+len+1){_str[end] = _str[end - len];--end;}memcpy(_str+pos,str,len);_size += len;}void string::erase(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);if (len >= _size - pos){_str[pos] = '\0';_size = len;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size = len;}}size_t string::find(char ch, size_t pos){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){char* p = strstr(_str + pos, str);return p - _str;}void string::swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}string string::substr(size_t pos, size_t len){if (len > _size - pos){string sub(_str + pos);return sub;}else{string sub;sub.reserve(len);for (size_t i = 0; i < len; i++){sub += _str[i + pos];}return sub;}}string& string:: operator=(const string& s){if (this != &s){char* tmp = new char[s._capacity];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}char& string::operator[](size_t pos){if (pos < _size)return _str[pos];}const char& string::operator[](size_t pos) const{if (pos < _size)return _str[pos];}string& string::operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& string::operator+=(const char* str){append(str);return *this;}bool string::operator<(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool string::operator>(const string& s) const{return !(*this <= s);}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 strcmp(_str, s._str) == 0;}bool string::operator!=(const string& s) const{return !(*this == s);}void string::clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}istream& operator>> (istream& is, string& str){str.clear();char ch = is.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){str += ch;ch = is.get();}return is;}ostream& operator<< (ostream& os, const string& str){for (size_t i = 0; i < str.size(); i++){os << str[i];}return os;}
}现在我们看到的是,我这边写的,接下来我将会对于这些内容进行解析,首先我这边的模拟实现都是基于理解和string。
1.对于命名空间的定义
namespace STring
{
}2.string类的定义和迭代器
class string
{
public:
private:
}
1）私有成员
这里的内容比较少。
char* _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t npos;2）公有成员
typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin();iterator end();const_iterator begin() const;const_iterator end() const;//string();string(const char* str = "");string(const string& s);string& operator=(const string& s);~string();const char* c_str() const;size_t size() const;char& operator[](size_t pos);const char& operator[](size_t pos) const;void reserve(size_t n);void push_back(char ch);void append(const char* str);string& operator+=(char ch);string& operator+=(const char *str);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);void swap(string& s);string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);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;void clear();3）迭代器
我们都知道在string中我们常常使用迭代器来完成不少操作，我们知道迭代器其实就是一种指针，所以这里我们选择这样实现
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;iterator begin();
iterator end();const_iterator begin() const;
const_iterator end() const;3.构造函数
声明：
string(const char* str = "");这里我们选择用缺省函数保证字符串内容
下面是搞函数的内部实现:
string:: string(const char* str):_size(strlen(str)){_str = new char[_size+1];_capacity = _size+1;strcpy(_str, str);}首先我们用列表初始化得出存储的字符串大小,然后给字符串开辟空间,然后把求出空间(注意:字符串最后有'\0')然后通过拷贝函数把str字符串把内容拷贝给_str存储。
4.拷贝构造函数
声明：
string(const string& s);函数内部实现：
string::string(const string& s){_str = new char[s._capacity];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}思路具体和上面差不多，开辟新空间，然后把字符串拷入，把大小和空间也拷贝。
5.析构函数
声明：
~string();这里比较简单，就是把开辟的空间释放然后大小空间归零
string::~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}6.获取字符串和存储的字符串大小
声明:
const char* c_str() const;
size_t size() const;这个直接返回相应的值
const char* string::c_str() const
{return _str;
}
size_t string :: size() const
{return _size;
}7.reserve
声明：
void reserve(size_t n);函数内部：
void string::reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}这个函数（这里我们是大致模拟VS的）我们之前讲过如果n>_capacity就会扩容，否则无反应。
8.insert
声明：
void insert(size_t pos, char ch);void insert(size_t pos, const char* str);因为我们会用inset插入字符和字符串，所以这里我们定义两种
函数内部：
void string::insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size = _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1] + 1;--end;}_str[pos] = ch;++_size;}void string::insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);int len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_capacity+len);}size_t end = _size + len;while (end > pos+len+1){_str[end] = _str[end - len];--end;}memcpy(_str+pos,str,len);_size += len;}这里的实现和我们以前写顺序表的插入差不多，把目标位置以及之后的字符串后移动，知道空出需要的空间大小，然后插入。
9.push_back和append
声明：
void push_back(char ch);void append(const char* str);着两个一个是尾插入，一个是插入字符串
void string::push_back(char ch){if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;_str[_size + 1] = '\0';++_size;}void string::append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, _str);_size += len;insert(_size, _str);}这个就是正常尾插的实现，但是append是字符串，为了方便我们可以直接调用insert
10.erase
声明：
void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);这是声明我直接仿照的cplusplus的定义
注意我们需要
const size_t string::npos = -1;函数内部：
void string::erase(size_t pos, size_t len)
{assert(pos < _size);if (len >= _size - pos){_str[pos] = '\0';_size = len;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size = len;}
}这里很简单就是把pos后删除，我们考虑两种情况，一种是直接删除，一种是删除部分
11.find
声明：
size_t find(char ch, size_t pos = 0);size_t find(const char* str, size_t pos = 0);这个函数真正的底层实现很难，这里因为我们只是模拟实现，我们可以这样子解决
函数内部：
size_t string::find(char ch, size_t pos){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){char* p = strstr(_str + pos, str);return p - _str;}12.swap
声明：
void swap(string& s);函数内部：
void string::swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}很简单的内容，没什么好说的
13.substr
这个就是很简单的一个函数
声明：
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);函数内部:
string string::substr(size_t pos, size_t len){if (len > _size - pos){string sub(_str + pos);return sub;}else{string sub;sub.reserve(len);for (size_t i = 0; i < len; i++){sub += _str[i + pos];}return sub;}}ps:上面我用了一些运算符重载，建议结合后面的运算符重载观看
14.运算符重载
这里是我所有使用的运算符重载以完成模拟实现
声明：
string& operator=(const string& s);
char& operator[](size_t pos);
const char& operator[](size_t pos) const;
string& operator+=(char ch);
string& operator+=(const char *str);
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;函数实现
string& string:: operator=(const string& s){if (this != &s){char* tmp = new char[s._capacity];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}char& string::operator[](size_t pos){if (pos < _size)return _str[pos];}const char& string::operator[](size_t pos) const{if (pos < _size)return _str[pos];}string& string::operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& string::operator+=(const char* str){append(str);return *this;}bool string::operator<(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool string::operator>(const string& s) const{return !(*this <= s);}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 strcmp(_str, s._str) == 0;}bool string::operator!=(const string& s) const{return !(*this == s);}=号是重载的拷贝构造
[]号是实现下标访问
+=是重载push_back和append
剩下的都是完成判断的
15.clear
声明：
void clear();函数内部：
直接把_st[0]='\0',_size=0即可
void string::clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}16.输入输出流的重载
这里我们之前写日期类的时候应该写过，我就不多讲了，直接展示
声明：
istream& operator>> (istream& is, string& str);
ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);注意：不要声明在类中
函数内部：
istream& operator>> (istream& is, string& str)
{str.clear();char ch = is.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){str += ch;ch = is.get();}return is;
}ostream& operator<< (ostream& os, const string& str)
{for (size_t i = 0; i < str.size(); i++){os << str[i];}return os;
}以上就是我们对于string类的模拟实现希望可以帮助大家更好的理解