【C++】string 类模拟实现：深入探索字符串操作原理

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🚩在之前的文章中我们学会了对string类函数的使用，现在让我们对其进行模拟实现吧~🚩

目录

💯引言

💯string 类的功能需求分析

💯模拟实现的关键步骤和代码解析

1.类的定义

2.构造函数实现

2.1 默认构造函数 

2.2 用 C 风格字符串初始化的构造函数

2.3 拷贝构造函数

3. 析构函数实现

4.获取字符串长度函数

5.字符串比较函数

 6.字符串连接函数

7.字符串插入函数

 8.字符串删除函数

9.字符串加法操作符重载

10.下标操作符重载

11.赋值操作符重载

💯内存管理相关函数（如reserve和resize）

1.reserve函数

 2.resize函数

💯示例用法

💯总结

💯引言

在 C++ 编程中，字符串处理很常见且重要。标准库的 string 类提供了方便的操作接口。了解其内部实现原理，对提升编程技能很有帮助。

🐸你是否曾经好奇过 string 类是如何实现这些强大功能的呢？

🎦本文将介绍如何模拟实现一个简单的 string 类🎦

💯string 类的功能需求分析

  1. 存储字符串数据

    用字符数组存储字符序列，它能通过👉索引访问字符，方便操作。还需动态管理存储空间，以适应不同长度字符串，避免内存问题。

  2. 字符串长度获取

    要有获取字符串长度（字符个数）的方法，这对很多操作都必要。

  3. 字符串比较

    要能比较两个字符串大小，用于排序、查找等操作。

  4. 字符串连接

    能把两个字符串连接成一个新字符串，像组合单词成句子。

  5. 字符串修改

    包括末尾添加、指定位置插入和删除部分字符串等操作，以灵活处理字符串。

  6. 内存管理

    合理分配和释放内存，避免泄漏和浪费。字符串长度变化时要自动调整存储空间。

💯模拟实现的关键步骤和代码解析

1.类的定义

class MyString {
private:char* data;  // 存储字符串的字符数组指针size_t length;  // 实际字符个数size_t capacity;  // 字符数组容量public:MyString();  // 默认构造函数MyString(const char* str);  // 用 C 风格字符串初始化的构造函数MyString(const MyString& other);  // 拷贝构造函数~MyString();  // 析构函数size_t size() const;int compare(const MyString& other) const;MyString& append(const char* str);MyString& insert(size_t pos, const char* str);MyString& erase(size_t pos, size_t count);MyString operator+(const MyString& other) const;char& operator[](size_t index);const char& operator[](size_t index) const;MyString& operator=(const MyString& other);
};

👇解释：

  • 这里定义了 MyString 类，有存储字符串的 data 指针、记录长度的 length 和容量的 capacity。还有各种函数用于不同操作。

2.构造函数实现

 

2.1 默认构造函数 

MyString::MyString() : data(nullptr), length(0), capacity(0) {}

 创建空字符串，data 设为 nullptr，长度和容量都为 0。

2.2 用 C 风格字符串初始化的构造函数

MyString::MyString(const char* str) {if (str == nullptr) {data = nullptr;length = 0;capacity = 0;return;}length = strlen(str);  // 获取传入字符串的长度capacity = length;data = new char[capacity + 1];  // 分配足够的内存空间strcpy(data, str);  // 复制字符串到 data 所指向的数组
}

👀从 C 风格字符串初始化。若传入 nullptr，创建空字符串。否则，获取长度设为 length 和 capacity，分配内存并复制字符串到 data。

2.3 拷贝构造函数

MyString::MyString(const MyString& other) {length = other.length;  // 设置新对象的长度capacity = other.capacity;  // 设置新对象的容量data = new char[capacity + 1];  // 分配内存strcpy(data, other.data);  // 复制字符串
}

👀创建新对象，内容与传入对象相同。设置长度和容量，分配内存并复制字符串。

3. 析构函数实现

MyString::~MyString() {if (data!= nullptr) {delete[] data;  // 释放内存}
}

 👀释放 data 指向的内存，避免内存泄漏。

4.获取字符串长度函数

size_t MyString::size() const {return length;  // 返回字符串长度
}

👀直接返回字符串长度 length。

5.字符串比较函数

int MyString::compare(const MyString& other) const {for (size_t i = 0; i < length && i < other.length; i++) {if (data[i]!= other.data[i]) {return data[i] < other.data[i]? -1 : 1;}}if (length < other.length) {return -1;} else if (length > other.length) {return 1;}return 0;
}

 👀逐字符比较两个字符串，先比较字符，再比较长度，返回相应结果。

 6.字符串连接函数

MyString& MyString::append(const char* str) {if (str == nullptr) {return *this;  // 传入为空则直接返回当前对象}size_t strLen = strlen(str);  // 计算要添加的字符串长度if (length + strLen > capacity) {reserve(length + strLen);  // 检查容量，不够则扩展}strcpy(data + length, str);  // 将字符串添加到当前字符串末尾length += strLen;  // 更新长度return *this;
}

👇解释：

👀在末尾添加字符串。若传入 nullptr，返回当前对象。否则，检查容量，不够就扩展，然后复制字符串并更新长度。

7.字符串插入函数

MyString& MyString::insert(size_t pos, const char* str) {if (str == nullptr) {return *this;  // 传入为空则直接返回当前对象}size_t strLen = strlen(str);  // 计算要插入的字符串长度if (length + strLen > capacity) {reserve(length + strLen);  // 检查容量，不够则扩展}for (size_t i = length; i > pos; i--) {data[i + strLen - 1] = data[i - 1];  // 移动字符腾出空间}for (size_t i = 0; i < strLen; i++) {data[pos + i] = str[i];  // 复制要插入的字符串}length += strLen;  // 更新长度return *this;
}

 👇解释：

🔥🔥🔥​​​​​​​ 在指定位置插入字符串。若传入 nullptr，返回当前对象。检查容量，不够就扩展，移动字符腾出空间，复制字符串并更新长度。

 8.字符串删除函数

MyString& MyString::erase(size_t pos, size_t count) {if (pos >= length) {return *this;  // 位置不合法则返回当前对象}if (pos + count > length) {count = length - pos;  // 调整要删除的长度}for (size_t i = pos; i < length - count; i++) {data[i] = data[i + count];  // 移动字符填补空缺}length -= count;  // 更新长度return *this;
}

 👇解释：

🔥🔥​​​​​​​🔥​​​​​​​  删除指定位置和长度的字符串。若位置不合法，返回当前对象。调整要删除的长度，移动字符填补空缺并更新长度。

9.字符串加法操作符重载

MyString MyString::operator+(const MyString& other) const {MyString result;result.length = length + other.length;  // 设置新对象长度result.capacity = result.length;result.data = new char[result.capacity + 1];  // 分配内存strcpy(result.data, data);  // 复制第一个字符串strcpy(result.data + length, other.data);  // 复制第二个字符串return result;
}

 👇解释：

🔥🔥​​​​​​​🔥​​​​​​​  重载加法操作符，创建新对象，长度为两字符串长度之和，分配内存，复制两个字符串到新对象并返回。

10.下标操作符重载

char& MyString::operator[](size_t index) {return data[index];  // 返回非 const 对象的字符引用，可以修改
}
const char& MyString::operator[](size_t index) const {return data[index];  // 返回 const 对象的字符引用，只能读取
}

🔥🔥​​​​​​​🔥 ​​​​​​​重载下标操作符，可通过下标访问字符串字符，非 const 对象可修改，const 对象只能读取。

11.赋值操作符重载

MyString& MyString::operator=(const MyString& other) {if (this!= &other) {if (data!= nullptr) {delete[] data;  // 释放当前对象内存}length = other.length;  // 复制长度capacity = other.capacity;data = new char[capacity + 1];  // 分配新内存strcpy(data, other.data);  // 复制字符串}return *this;
}

  👇解释：

👀重载赋值操作符，若不是自我赋值，释放当前对象内存，复制长度、容量和字符串数据并返回。

💯内存管理相关函数（如reserve和resize）

 

1.reserve函数

void MyString::reserve(size_t new_capacity) {if (new_capacity > capacity) {char* new_data = new char[new_capacity + 1];  // 分配新内存if (data!= nullptr) {strcpy(new_data, data);  // 复制原字符串delete[] data;  // 释放原内存}data = new_data;  // 更新 data 指针capacity = new_capacity;  // 更新容量}
}

 👀 扩展字符串容量。若新容量大于当前容量，分配新内存，复制原字符串，释放原内存，更新 data 和 capacity。

 2.resize函数

void MyString::resize(size_t new_length, char fill_char = '\0') {if (new_length > length) {if (new_length > capacity) {reserve(new_length);  // 检查容量，不够则扩展}for (size_t i = length; i < new_length; i++) {data[i] = fill_char;  // 用填充字符填充新增部分}} else if (new_length < length) {length = new_length;  // 截断字符串data[length] = '\0';}
}

👀 调整字符串长度。若新长度大于当前长度，检查容量，不够就扩展，用填充字符填充新增部分。若新长度小于当前长度，截断字符串并更新长度。

💯示例用法

✍ 以下是一个简单的main函数示例，展示如何使用模拟实现的MyString类：

int main() {MyString str1("Hello");MyString str2(" World");// 使用 append 函数str1.append(str2.data);std::cout << "After append: " << str1.data << std::endl;// 使用 insert 函数str1.insert(5, "Beautiful ");std::cout << "After insert: " << str1.data << std::endl;// 使用 erase 函数str1.erase(5, 10);std::cout << "After erase: " << str1.data << std::endl;// 使用 operator+ 重载MyString str3 = str1 + "!";std::cout << "After + operator: " << str3.data << std::endl;return 0;
}

💯总结

🍎通过模拟实现 string 类，我们了解了字符串处理原理和技术。

从存储结构到操作函数，再到内存管理，每个环节都重要。这有助于理解标准库的 string 类，提高处理字符串问题的能力，✌为编写更好的代码打基础。

以后我将深入研究继承、多态、模板等特性，并将默认成员函数与这些特性结合，以解决更复杂编程问题！欢迎关注我👉【A Charmer】  

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