C++修炼之路之string模拟实现

前言

一：构造函数+析构函数+拷贝构造函数

二：c_str + size + capacity + operator= + operator[]

三：普通迭代器 +const迭代器+范围for

四：关系操作符重载

五：reserve+resize

六：push_back + append + operator+= +

七：insert+erase+swap+find+clear

八：重载cin和cout

九：整体代码

十：总结

接下来的日子会顺顺利利，万事胜意，生活明朗-----------林辞忧

前言

在经过前面的对标准库中string类的各接口函数的简单介绍和使用后，接下来我们就将介绍关于模拟实现一个string类，去更深层次的了解标准库中string的实现，帮助我们更加了解string类，提升代码能力

一：构造函数+析构函数+拷贝构造函数

1.对于模拟实现sting 类的构造函数和拷贝构造函数时，定义的成员变量是const char *str的话，刚好适合拷贝构造函数，但对于后续的resize和reserve开空间这些等就将出现错误，还有使用c_str（c语言str系列函数都会解引用字符串str的）打印字符串时，对于无参构造的string类对象，使用const char *str的话，会直接解引用空指针的，还有const修饰的字符串时不允许修改的，所以要开辟的空间需要我们自己new出来，定义为char *str

2.对于拷贝构造函数我们不写的话，编译器默认实现的是浅拷贝(按照字节一个一个字节的拷贝)，对于内置类型浅拷贝是没问题的，但对于自定义类型浅拷贝会出现错误，这里会有两个char*指针指向同一块空间，当一个修改时另一个也为会跟着修改，而且还会析构两次，直接出错，因此就需要我们自己实现深拷贝解决

3.当实现一个无参构造和一个传参构造时，为了简化我们可以考虑实现成一个带缺省值的构造函数

对于这些问题我们更好地实现方式为

	/*string()//无参构造:_str(new char[1]),_size(0),_capacity(0){_str[0] = '\0';}string(const char *str)//传参构造:_size(strlen(str)){_capacity = _size + 1;_str = new char[_capacity+1];strcpy(_str,str);}*///给缺省值的构造//string(const char *str=nullptr)//下面的strlen会进行解引用报错//string(const char *str='\0')//'\0'的ASCII码为0，直接接引用报错//string (const char *str="\0")//字符串的形式，可以string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size==0? 3:_size;//如果_size为0的话，下面开空间_size*2的话还是0会出错_str = new char[_capacity + 1];//开空间strcpy(_str, str);//传数据}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}string(const string& s)//拷贝构造:_size(s._size),_capacity(s._capacity){_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);}
private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;

二：c_str + size + capacity + operator= + operator[]

对于赋值重载可能存在的情况多样（是对已经定义的类对象的操作），主要的有以下几种

对于以上的三种情况下，我们可以分开讨论，但为了代码的不冗余，我们可以优化为直接开辟空间，拷贝数据，释放原空间，在指向新空间，但要注意d1=d1这种特殊情况的处理

//不修改成员变量数据的函数，尽量加const
const char* c_str()
{return _str;
}size_t size()const
{return _size;
}
size_t capacity()const
{return _capacity;
}
string& operator=(const string& s)//支持连续赋值
{if (this != &s)//处理d1=d1的情况{char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;
}
const char& operator[](size_t pos)const//const对象的调用
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos)//普通对象的调用
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}

三：普通迭代器 +const迭代器+范围for

这里的迭代器我们实现为指针的方式，依然是左闭右开的规则，对于范围for其实在底层是转换为迭代器来实现的，所以实现了迭代器也就支持了范围for

const对象要用const迭代器来实现遍历，普通对象要调用普通迭代器或者const迭代器来实现遍历

typedef char* iterator;//普通迭代器
typedef const char* const_iterator;//const迭代器
iterator begin()
{return _str;
}
iterator end()
{return _str + _size;
}const_iterator begin() const
{return _str;
}
const_iterator end() const
{return _str + _size;
}
void Print(const string& s)
{//三种遍历方式for (size_t i = 0; i < s.size(); i++){cout << s[i] << " ";}cout << endl;string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto ch : s){cout << ch << " ";}cout << endl;
}
void teststring2()
{string s1;string s2("hello world");s1 = s2;string::iterator it = s1.begin();while (it != s1.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto ch : s2){cout << ch << " ";}cout << endl;Print(s2);
}

四：关系操作符重载

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);
}

五：reserve+resize

reserve是开空间，resize是开空间并初始化，但这两个都要注意当开的新空间比capacity小时，不能修改capacity

void reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{if (n < _size)//删除数据，保留前n个{_size = n;_str[_size] = '\0';}else{if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i] = ch;++i;}_size = n;_str[_size] = '\0';}
}

六：push_back + append + operator+= +

在插入数据时需要时刻注意capacity，当capacity不足时，需要及时reserve扩容

void push_back(char ch)
{if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity*2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';//insert(_size,ch);
}
void append(const char* s)
{size_t len = strlen(s);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, s);_size += len;//insert(_size,s);
}
string& operator+=(char ch)
{push_back(ch);return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{append(str);return *this;
}

七：insert+erase+swap+find+clear

对于任意位置插入和删除，需要特别关注边界问题，插入需要及时关注capacity,及时扩容

对于插入需要注意size_t 类型会出现的一些问题，当要头插数据时，这时按照以前的方式移动的话，当pos=-1时停止，但size_t 类型的-1是整形最大值，所以要错位移动

string& insert(size_t pos, char ch)
{assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}//这样的移动会发生错误的/*size_t end = _size;while (end >= pos){_str[end + 1] = _str[end];--end;}*/size_t end = _size + 1;while (end >pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;return *this;
}
string& inster(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;//挪动数据while (end >= pos + len){_str[end] = _str[end - len];--end;}//插入拷贝strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;
}
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{if (pos == npos || pos+len>=_size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}return *this;
}void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{assert(pos <= _size);char* tmp = strstr(_str + pos, str);if (tmp == nullptr){return npos;}return tmp - _str;
}
void clear()
{_str[0] = '\0';_size = 0;
}

八：重载cin和cout

ostream& operator<<(ostream& out,const string &str)
{for (auto ch : str){out << ch;}return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{s.clear();char ch = in.get();char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;
}
}