【C++】学习笔记——string_5

文章目录

  • 六、string类
    • 7. string类的模拟实现
    • 8. string类的模拟实现的完整代码
      • string.h头文件
      • test.c源文件
    • 9. string收尾
      • 写时拷贝
  • 未完待续

六、string类

7. string类的模拟实现

我们之前讲了实现 insert ，但是那个插入函数仅仅是在 pos 位置插入一个字符而且，我们并没有实现在 pos 位置插入一个字符串。所以我们现在将其补充上。

// 在 pos 位置插入一个字符串
void insert(size_t pos, const char* str)
{assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);// 空间不够需要扩容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);
}

当难以理解的时候，记得画图哦，我们来看看结果：

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{string s("hello,world");s.insert(4, "AAAAAAA");std::cout << s.c_str() << std::endl;return 0;
}

在这里插入图片描述
没问题。其实我们发现，有了 insert 之后，前面的 push_back() 和 append 好像可以复用这的代码，我们来调整一下。

void push_back(char ch)
{//if (_size == _capacity)//{//	// 扩容2倍//	reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);//}//_str[_size] = ch;//++_size;//_str[_size] = '\0';insert(_size, ch);
}void append(const char* str)
{//size_t len = strlen(str);//if (_size + len > _capacity)//{//	reserve(_size + len);//} 从末尾开始，拷贝新字符串//strcpy(_str + _size, str);	//_size += len;insert(_size, str);
}

接下来我们再把 swap 给实现一下，有人会说哈，swap 在库里面就有，为啥还要我们手动实现呢？我给大家看看库里的 swap 是怎样的。
在这里插入图片描述
我们发现，库里的swap整整调用了3次拷贝和1次析构，虽然能用，但是它非常搓，所以我们要实现一个对我们来说更加好用的 swap 。

void swap(string& s)
{// 调用库里的swap，直接交换成员即可，不需要创建一个新的对象std::swap(_str, s._str);// 加上std:: 是让其直接去std域找，避免找到当前的成员函数swapstd::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{string s("hello,world");string s1("1234567890");s.swap(s1);std::cout << s.c_str() << std::endl << s1.c_str() << std::endl;return 0;
}

在这里插入图片描述
既然库里的 swap 对我们来说很挫，但是我们应该怎样才能防止别人使用库里的函数呢？
在这里插入图片描述
库里面有个 swap ，成员函数有个 swap ，这里怎么还有一个非成员函数的 swap ？
在这里插入图片描述
这里的 swap 原来直接调用的是成员函数 swap ，那么非成员函数的 swap 是全局的，库里的 swap 是全局的，为啥没发生冲突？为啥就会先用非成员函数的 swap ？我在模板那篇提到过，因为 库里的 swap 是模板。当有现成的函数时，优先使用现成的。这下就完美解决了使用库里的swap了。

// string类外
void swap(string& x, string& y)
{x.swap(y);
}

接下来实现 find 函数。

// 查找一个字符
size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
{for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch)return i;}return npos;
}

// 查找一个字串
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
{assert(pos < _size);const char* p = strstr(_str + pos, sub);// 找到了if (p){return p - _str;}// 没找到return npos;
}

接下来实现 substr 函数。
在这里插入图片描述

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{string sub;if (len >= _size - pos){for (size_t i = pos; i < _size; ++i){sub += _str[i];}}else{for (size_t i = pos; i < pos + len; ++i){sub += _str[i];}}return sub;
}

验证验证：

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{string s("hello,world");size_t pos = s.find(',');std::cout << s.substr(pos, 3).c_str() << std::endl;return 0;
}

在这里插入图片描述
再就是重载比较。

// 重载成全局函数
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{// strcmp 若是相等则返回0int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());return ret == 0;
}bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());return ret < 0;
}bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{return s1 < s2 || s1 == s2;
}bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{return !(s1 <= s2);
}bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{return !(s1 < s2);
}bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{return !(s1 == s2);
}

实现流插入和流提取：

using namespace std;ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{// 没有访问私有成员，不需要友元for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}istream& operator>>(istream& in, string& s)
{// 需要将其内容清空s.clear();char ch;// cin 读取不到 ' ' 和 '\n'ch = in.get();// 减少扩容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;
}

顺便实现 clear 。

// 成员函数
void clear()
{_size = 0;_str[_size] = '\0';
}

检验检验：

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{// 刚刚展开了std，这里避免冲突my::string s;cin >> s;cout << s;return 0;
}

在这里插入图片描述
很好，空格前的都被读取到了。
再来实现 getline 。getline就是读取一行嘛，相信实现了流提取运算符，实现一个 getline 肯定非常轻松。

istream& getline(istream& in, string& s)
{// 需要将其内容清空s.clear();char ch;// cin 读取不到 ' ' 和 '\n'ch = in.get();// 减少扩容char buff[128];size_t i = 0;while (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;
}

再来检验：

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{my::string s;getline(cin, s);cout << s;return 0;
}

在这里插入图片描述

在实现拷贝构造函数时，我们写了一个非常传统的写法，这里再给大家实现一种新式写法：

// 传统写法
string(const string& s)
{_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;
}// 新式写法
string(const string& s)
{string tmp(s._str);swap(tmp);
}

这里新式写法本质上就是调用构造函数，然后让 this指针 指向新的构造的 sring 类 。同样，赋值重载也能使用新式写法。

// 传统写法
string& operator=(const string& s)
{char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;return *this;
}// 新式写法
string& operator=(const string& s)
{string tmp(s);swap(tmp);return *this;
}

这里赋值重载的新式写法还能优化（行数），既然在函数内部要调用拷贝构造，为什么不在传参的时候直接调用拷贝构造呢？

string& operator=(string s)
{swap(s);return *this;
}

8. string类的模拟实现的完整代码

string.h头文件

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;namespace my
{class 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;}// 默认是空串而不是空指针string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}//string(const string& s)//{//	_str = new char[s._capacity + 1];//	strcpy(_str, s._str);//	_size = s._size;//	_capacity = s._capacity;//}string(const string& s){string tmp(s._str);swap(tmp);}//string& operator=(const string& s)//{//	char* tmp = new char[s._capacity + 1];//	strcpy(tmp, s._str);//	//	delete[] _str;//	_str = tmp;//	_size = s._size;//	_capacity = s._capacity;//	return *this;//}string& operator=(string s){swap(s);return *this;}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}// 加 const 使其成为 const 成员函数，使 const 对象也能调用这个函数size_t size() const{return _size;}// 引用返回，可读可写inline char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}// 针对 const对象 的可读不可写，加 & 是为了减少拷贝inline const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}size_t capacity() const{return _capacity;}void reserve(size_t n){// 只有要扩容的大小比当前容量大才能扩容if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){//if (_size == _capacity)//{//	// 扩容2倍//	reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);//}//_str[_size] = ch;//++_size;//_str[_size] = '\0';insert(_size, ch);}void append(const char* str){//size_t len = strlen(str);//if (_size + len > _capacity)//{//	reserve(_size + len);//} 从末尾开始，拷贝新字符串//strcpy(_str + _size, str);	//_size += len;insert(_size, str);}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}char* c_str() const{return _str;}// 在 pos 位置插入一个字符void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){// 扩容2倍reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;}// 在 pos 位置插入一个字符串void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);// 空间不够需要扩容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);}// 从 pos 开始，删除 len 个字符，如果 len 是 npos ，则全删void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);// pos + len >= _size 可能会溢出if (len == npos || len >= _size - pos){_str[pos] = '\0';_size = pos;}strcpy(_str + pos + len, _str + pos);_size -= len;}void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n <= _size){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; ++i){_str[i] = ch;}_str[n] = '\0';_size = n;}}void swap(string& s){// 直接交换成员即可std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}size_t find(char ch, size_t pos = 0) const{for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == ch)return i;}return npos;}size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);const char* p = strstr(_str + pos, sub);// 找到了if (p){return p - _str;}// 没找到return npos;}string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos){string sub;if (len >= _size - pos){for (size_t i = pos; i < _size; ++i){sub += _str[i];}}else{for (size_t i = pos; i < pos + len; ++i){sub += _str[i];}}return sub;}void clear(){_size = 0;_str[_size] = '\0';}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;public:static const int npos;};// 静态成员变量在类外部定义const int string::npos = -1;// string类外void swap(string& x, string& y){x.swap(y);}bool operator==(const string& s1, const string& s2){// strcmp 若是相等则返回0int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());return ret == 0;}bool operator<(const string& s1, const string& s2){int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());return ret < 0;}bool operator<=(const string& s1, const string& s2){return s1 < s2 || s1 == s2;}bool operator>(const string& s1, const string& s2){return !(s1 <= s2);}bool operator>=(const string& s1, const string& s2){return !(s1 < s2);}bool operator!=(const string& s1, const string& s2){return !(s1 == s2);}ostream& operator<<(ostream& out, const string& s){// 没有访问私有成员，不需要友元for (auto ch : s){out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& s){// 需要将其内容清空s.clear();char ch;// cin 读取不到 ' ' 和 '\n'ch = in.get();// 减少扩容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;}istream& getline(istream& in, string& s){// 需要将其内容清空s.clear();char ch;// cin 读取不到 ' ' 和 '\n'ch = in.get();// 减少扩容char buff[128];size_t i = 0;while (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;}
}

test.c源文件

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{// return 0;
}

9. string收尾

我们来看看下面一段程序：

#include"string.h"
using namespace my;int main()
{std::string s("11111");cout << sizeof(s) << endl;return 0;
}

库里的 string 是多少空间呢？
在这里插入图片描述
嗯？如果是我们写的 string ，那么应该是 12 啊（32位下，64位是 24），为什么库里的 string 是 28呢？其实是因为编译器做了相关的优化，它在原有的基础上还新增了一个 buff[16] 数组，当数据较小的时候会存到 buff 里，比较大才会存到 _str 在堆上开辟的空间里。因为栈上开辟空间比在堆上开辟空间快。这仅仅是在 vs 编译器下是这样的，其他编译器不一定是这样。
在这里插入图片描述

写时拷贝

我们知道，拷贝构造不能是浅拷贝，假如是浅拷贝，那么会导致两个指针指向同一块空间，一个修改另一个也会发生变化，多次析构的问题。所以只能是深拷贝。但是库里的 string 类真的是这样的吗？库里的 string 类的构造函数其实是浅拷贝，但是它有个引用计数，代表有几个对象指向这块空间，如果有对象要修改（写），则重新深拷贝一个空间给其使用，析构的时候则判断引用计数是否为1，不为1则不析构。这样做其实就是赌有的对象不去修改内容，只要有这样的对象，那么就算是一种优化。

未完待续

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