C++ STL之string的模拟实现实例代码
李奇同学喵喵呜～ 人气:0前言
上一章我们对string的常见接口及使用进行了讲解，接下来我们将对一些常见的接口，包括构造函数，析构函数，运算符重载等等进行模拟实现.方便我们理解string接口实现的原理.
在讲解之前先说一下string的成员变量.
首先是字符串内容_str，再是字符串的大小_size,最后是字符串的总容量大小_capacity.
class string
{
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};构造函数
缺省值是一个空串，再给_str开辟空间时要多开辟一个空间存储'\0'
开好了空间最后需要把内容拷贝到_str.
string(const char* str = "")
{
//这里有个细节，就是先计算出_size大小，然后再直接把_size赋值给_capacity,省了一次strlen()的调用.
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}析构函数
完成对string类成员的资源清理，空间释放等一些操作.
~string()
{
//释放_str的空间，并将其指向的空间置为空
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}拷贝构造函数
说到string的拷贝构造函数，这里一定会涉及到深浅拷贝问题.
所以在讲解它的拷贝构造函数之前必须先了解它
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，可能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，但是其他的对象不知道该资源已经被释放了，以为资源还有效，所以他们会继续对这个资源进行访问。这时就出现了违法访问。深拷贝就是为了解决浅拷贝的问题。
深拷贝：就是给自己重新开辟一块空间，并将数据拷贝到新开辟的空间中，如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝的构造函数，赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。（就是要手动写，不能用编译器自动生成的）。一般这种情况都是按照深拷贝方式提供。
所以拷贝的时候，需要重新给_str开辟一块空间.
string(const string& s)
:_str(new char[s._capacity + 1])
, _size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
strcpy(_str, s._str);
}这里也用图浅浅的介绍一下浅拷贝和深拷贝的区别.
operator=赋值运算符重载
正如上一个所说，=赋值运算符也同样存在深浅拷贝的问题，所以也必须进行深拷贝.
它和拷贝构造的主要区别就是：拷贝构造是对象还没有初始化时进行拷贝，而赋值运算符重载是对一个已经存在的变量进行赋值.
当然同样这里也需要深拷贝
也有一些需要注意的问题：例如s1=s2.我们把s2赋值给s1后，那么原本的s1空间该怎么办呢？
我们的解决方案是：
把原本的s1空间释放掉，然后再开辟一块和s2大小相同的空间，再把内容从s2拷贝到s1
//= 运算符重载
string& operator=(const string& s)
{
//不能自己赋值给自己
if (this != &s)
{//先释放掉原本的空间
delete[] _str;
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}c_str
c_str就是返回c语言风格的字符串，既返回char*类型字符串，返回字符串首地址即可.
const char* c_str() const
{
return _str;
}为什么加const呢？
第一个const是为了使普通对象和const对象都可以调用这个函数，因为权限只可以缩小，不可以放大.
第二个const是保证函数体内的内容不会被改变，既this指针指向的内容无法被改变.
operator[]
实现[]重载，是指传过来一个下标index，返回它index下标所对应的值
目的是让字符串可以像数组一样访问每一个元素.
char& operator[](size_t index)
{
//下标必须小于字符串总大小
assert(index < _size);
return _str[index];
}当然为了const对象也可以调用，我们可以再写一个const修饰的operator[].
const char& operator[](size_t index) const
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}size()
写一个函数，直接返回_size即可
size_t size() const
{
return _size;
}那可能会有人想问了：既然返回_size,那我们直接调用它这个成员不就行了，为什么还有套一层函数呢？
这是因为_size是被private修饰的，我们是不能直接访问私有成员的.
所以需要实现一个公有的函数间接访问_size.
capacity()
这个所注意的和size完全一致.
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}empty()
只需要判断当前的size是否等于0即可.
bool empty() const
{
return _size == 0;
}operator+=
这个重载运算符我们上一章讲过是可以插入字符或者插入字符串的，这里也分别复用了push_back和append(),这两个函数后面将模拟实现.
string& operator+= (const char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+= (const char* str)
{
append(str);
return *this;
}扩容函数(reserve)
调整容量大小到n
先new一个n+1的新空间，再把原来的数据拷贝到新空间中去，然后释放掉原来的空间，然后将capacity设置为n.
void reserve(size_t n)
{
//n应该大于之前的容量
if (n > _capacity)
{
//先开辟大小为n+1的空间
char* tmp = new char[n + 1];
//将原来的数据拷贝到tmp
strcpy(tmp, _str);
//释放掉原来的数据
delete[] _str;
//将扩容后的数据重新赋给_str
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}画图来理解一下它
resize()
resize会有以下两种情况：
1.若n < _size,既重新调整后的大小小于原来的大小，会发生数据截断，只保留前n个字符.
2.若n > _size,这里直接复用reserve即可
既如果n<_capacity,此时_capacity不发生变化，多出的空间用ch替代.
如果n>_capacity,此时_capacity需要扩容(1.5倍速度，不一定是n),直到最接近为止.
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n > _size)
{
//插入数据
//reserve会和容量进行比较以及是否需要阔人
reserve(n);
//多余的字符用ch替代
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
//字符串结束
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
//删除数据
//直接将第n个数据改为'\0'，这样相当于将后面的数据全部删除了.
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}push_back()
push_back的作用是在原字符串后上拼接一个字符，首先我们现需要判断空间是否足够，如不够，则需要扩容，复用之前的reserve函数，再进行插入数据，最后加上'\0'.
当然还可以利用复用insert()函数进行插入，这个后面再实现.
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '/0';
}
}还以复用insert这样插入，会使代码健壮性更强，更加简洁.
这个inser()函数后面会实现.
insert(_size, ch);
append()
这个与push_back不同的是：push_back()只能插入一个字符，append()只可以插入一个字符串.
这里的问题就出现了，我们不知道追加的字符串长度，自然扩容的时候也不知道扩大到多少，是2倍还是3倍，所以这里要看插入的字符串的长度len，只要要让空间开到_size+len.
让空间满足最低的情况，能把所有的字符容纳下，最后利用strcpy将其数据拷贝过来即可.
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size = _size + len;
}当然同样可以复用insert函数.
insert(_size, str);
下面就该说insert函数了.
insert()
insert也分为两种情况：插入一个字符或插入多个字符(字符串)
插入一个字符：方法类似于顺序表的插入
string& insert(size_t pos, char ch)
{
//插入的位置必须要与字符串大小
assert(pos <= _size);
//如果空间满了，则需要扩容
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
//插入操作
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}插入多个字符：
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
//先把空间腾出来
size_t end = _size + len;
while (end >= pos + len)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
//再把利用strncpy把指定长度的字符串插入
strncpy(_str + pos, str, len);
_size = _size + len;
}说了插入就该说删除了.
erase()
这个函数也比较巧妙，首先输入两个参数：第一个参数是要开始删除的下标，第二个参数是要删除的长度.
首先第二个参数默认缺省值是npos，npos是一个非常大的数.
首先判断len是否等于npos或者当前位置+len是否大于总长度，若是，则直接将pos位置置为'\0'，后面的元素也就相当于删除了
如果不是，则把pos+len之后的元素拷贝到pos位置之后，这样就相当于删除了pos~pos+len之间的这一段字符.再把_size-len，相当于是一个覆盖的过程.
void 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 + pos + len);
_size -= len;
}
}find()
也是实现两个，利用strstr()函数来查找字符串.
1.如果查找一个字符
如果找到，则直接返回字符所对应的下标pos，否则返回npos.
2.如果查找一个字符串
对于这种情况，找到字符串后，我们需要返回第一个字符的下标，通过指针差值确定目标字符串的位置。
1.查找一个字符
思路很简单，就是利用循环
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (ch == _str[i])
{
return i;
}
}
return npos;
}2.查找一个字符串
利用strstr函数，从第pos个位置开始查找，如果找到则返回目标字符串的首元素地址，若没有找到则返回空指针
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
assert(sub);
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}substr()
这个函数实现比较简单，复用之前实现的+=即可
首先计算出实际要切割的长度realLen = len
如果pos+len>_size或者len == npos,则需要重新计算realLen = _size - pos
然后循环realLen次，创建一个string类型的sub变量，每次利用sub+=这个字符即可.
string substr(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t realLen = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
realLen = _size - pos;
}
string sub;
for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
{
sub += _str[pos + i];
}
return sub;
}比较大小函数
实现比较大小，只需要实现两个运算符重载即可：
1. > 或 <其中任意一个
2.==
剩下的>=、<=、!=等等复用即可.
实现> 或 < 时，利用strcmp比较函数即可.
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)
{
return !(*this == s);
}这样string的模拟实现基本就完成了，下面是总代码：
namespace hmylq
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
//拷贝构造 - - - 1
string(const string& s)
:_str(new char[s._capacity + 1])
, _size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
strcpy(_str, s._str);
}
//拷贝构造 - - - 2
/* string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(_str, tmp._str);
swap(_size, tmp._size);
swap(_capacity, tmp._capacity);
}*/
//析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
/
void push_back(char ch)
{
/*if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '/0';
}*/
insert(_size, ch);
}
string& operator += (char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
void append(const char* str)
{
/*size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size = _size + len;*/
insert(_size, str);
}
string& operator += (const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
//= 运算符重载
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
delete[] _str;
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
return *this;
}
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
void swap(string& tmp)
{
::swap(_str, tmp._str);
::swap(_size, tmp._size);
::swap(_capacity, tmp._capacity);
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
//
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
bool empty() const
{
return _size == 0;
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n > _size)
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
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;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
/
char& operator[](size_t index)
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}
const char& operator[](size_t index) const
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}
//
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)
{
return !(*this == s);
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (ch == _str[i])
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
assert(sub);
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
size_t end = _size + len;
while (end >= pos + len)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size = _size + len;
}
void 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 + pos + len);
_size -= len;
}
}
string substr(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t realLen = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
realLen = _size - pos;
}
string sub;
for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
{
sub += _str[pos + i];
}
return sub;
}
private:
char* _str;
int _size;
int _capacity;
const static size_t npos = -1;
};
}总结
加载全部内容