C++初阶-string类的模拟实现
string类的模拟实现
- 一、经典的string类问题
- 1.1 构造函数
- 1.1.1 全缺省的构造函数
- 2.1 拷贝构造
- 3.1 赋值
- 4.1 析构函数
- 5.1 c_str
- 6.1 operator[]
- 7.1 size
- 8.1 capacity
- 9.1 比较（ASCII）大小
- 10.1 resize
- 11.1 reserve
- 12.1 push_back(尾插字符)
- 13.1 append(尾插字符串)
- 14.1 +=字符/字符串
- 15.1 insert插入字符/字符串
- 16.1 erase
- 17.1 swap
- 18.1 find
- 19.1 clear
- 20.1 流插入<<
- 21.1 流提取>>
- 二、整体代码实现
- 2.1 string.h
- 2.2 test.cpp
一、经典的string类问题
string底层是一个字符数组，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。
1.1 构造函数
1.1.1 全缺省的构造函数
若写成两个构造函数，一个设置成无参，一个设置成带参，若调用如上的带参构造函数就会报错，将str传给_str，属于权限放大，为了解决这个问题，可以将_str改为const char*类型，但是无法修改_str所指向的内容，调用operator[]函数就会报错。
因为后续要考虑扩容等问题，所以最好是new一块空间，而无参的构造函数为了保持析构都用delete[]，所以使用new[]。
不可以将缺省值设置为nullptr，strlen(str)对于str指针解引用，遇到’\0’终止，解引用NULL会报错。
将缺省值设置成一个空字符串，结尾默认为’\0’。
/*string()
:_str(new char[1])
, _size(0)
, _capacity(0)
{
_str[0] = '\0';
}*/
//string(const char* str = nullptr) //不可以
//string(const char* str = '\0') //类型不匹配
//string(const char* str = "\0") //可以，常量字符串
//string(const char* str)
string(const char* str = "") //可以，无论写和不写，默认最后以\0结束
:_size(strlen(str))
//:_str(str)
//, _size(strlen(str))
//, _capacity(strlen(str))
{
_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
2.1 拷贝构造
创建一块同样大小的空间，并将原来的数据拷贝下来，这样两个指针就指向自己的空间，一个被修改也不会影响另一个
//s3(s2)
string(const string& s)
:_size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
}
3.1 赋值
赋值运算符也是默认成员函数，如果不写会进行浅拷贝/值拷贝
三种情况
1.若为第一种两者空间大小相同，则进行值拷贝
2.若为第二种s1的空间远大于s2的空间，进行值拷贝会浪费时间，所以系统会按照第三种做法执行
3.若为第三种，s1的空间大小，需要new开辟一块空间，将旧空间销毁，将s2拷贝到新开辟的空间
编译器不会这样处理，直接将旧空间释放，再去开辟新空间，并将值拷贝过来
//s1=s3
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;*/
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
4.1 析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
释放_str，并置为空指针，将_size和_capacity置为0
5.1 c_str
const char* c_str()
{
return _str;
}
返回const char*类型的指针 相当于返回字符串
6.1 operator[]
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
由于可能存在string与const string类型所以设置成两个函数构成函数重载
7.1 size
size_t size() const
{
return _size;
}
返回字符串的大小
8.1 capacity
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
返回字符串的容量
9.1 比较（ASCII）大小
//不修改成员变量数据的函数，最好都加上const
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;
//return *this > s || s == *this;
}
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);
}
通过C语言函数strcmp，比较字符串从头开始字符的ASCII值，再通过复用来实现剩下的
如果不小心在复用时将const修饰的传给非const成员就会报错，所以括号外面加上const，修饰this指针
10.1 resize
分为三种情况
n<size 删除数据
size<n<capacity 剩余空间初始化
n>capacity 扩容+初始化
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';
}
}
11.1 reserve
为了防止new失败，所以使用临时变量tmp指向new出来的空间，若new成功，释放旧空间，并将 _str指向新空间
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
12.1 push_back(尾插字符)
void push_back(char ch)
{
/*if (_size + 1 > _capacity)
{
reserve(_capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';*/
insert(_size, ch);
}
通过reserve进行类似扩容的操作，再将ch赋值给当前最后一个字符
13.1 append(尾插字符串)
void append(const char* str)
{
//size_t len = strlen(str);
//if (_size + len > _capacity)
//{
// reserve(_size + len);
//}
//strcpy(_str + _size, str);
strcat(_str, str);
//_size += len;
insert(_size, str);
}
通过reserve类似扩容的操作，扩大了字符串长度的空间，并且在原字符串’\0’的位置开始拷贝str字符串
14.1 +=字符/字符串
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
使用上面实现好的push_back和append
15.1 insert插入字符/字符串
在pos位置插入字符
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size + 1 > _capacity)
{
reserve(2 * _capacity);
}
size_t end = _size+1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end-1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}
由于pos与end都是size_t类型，没有负数
所以当while循环条件设置为end>=pos并且pos=0时，–end，end变为负数，计算的是其补码，所以一直成立，无法结束循环
需要将end指向_size的下一个位置，才能是循环结束
在pos位置插入字符串
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
//挪动数据
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end-len];
--end;
}
/*size_t end = _size;
for (size_t i = 0; i < _size + 1; ++i)
{
_str[end + len] = _str[end];
--end;
}*/
//拷贝插入
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
return *this;
}
临界条件为保证最后一次下标end减去len，在下标为0的位置上，所以取边界为pos+len
end>pos+len-1，最后一次取值即为pos+len
使用strncpy函数，不包含’\0’，将str拷贝给_str+pos下标位置开始的len个字符
16.1 erase
pos位置开始删除len个数据
分两种情况：
1.当pos+len<总长度时，使用strcpy函数拷贝，从而覆盖删除要被删除的字符
2.当pos+len大于总长度或者len等于npos时，剩余长度全部删除
string& 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;
}
return *this;
}
17.1 swap
//swap(s1, s2);
//s1.swap(s2);
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_capacity, s._capacity);
std::swap(_size, s._size);
}
交换两个字符串
18.1 find
查找字符，返回字符的下标
size_t find(char ch,size_t pos=0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
{
if (_str[i] == ch)
{
return i;
}
}
return npos;
}
查找字符字串，返回字串开始的下标
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
char* p = strstr(_str + pos, str);
if (p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - _str;
}
}
19.1 clear
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
清除有效字符
20.1 流插入<<
流插入重载必须实现为友元函数么？
不对，使用友元函数是为了在类外面调用类的私有的成员变量，若不需要调用则不用友元函数
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
实现流插入不可以调用c_str(),因为c_str()返回的是一个字符串，遇到’\0’就会结束，但若打印结果有好几个’\0’，则遇见第一个就会结束，不符合预期
21.1 流提取>>
输入多个值，C++规定空格/换行是值与值之间的区分
istream& operator>>(istream& in, string& s)//>>
{//错误写法
char ch;
in >> ch;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
s += ch;
in >> ch;
}
return in;
}
上述代码在循环中无法找到空格/换行，导致循环无法停止
输入的数据在缓冲区中，使用循环在缓冲区中提取数据，但是空格/换行不在缓冲区中，因为认为它是多个值之间的间隔
使用get就不会认为空格/换行是多个值之间的间隔，若遇见空格/换行就会存储缓冲区中等待提取
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch = in.get();
char buff[128];
size_t i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
//s += ch;
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;
}
当需要输入的string对象中有值存在时，需要先使用clear清空，再输入新的数据
为了避免频繁扩容，使用一个128的字符数组接收，若输入的数据比128小，跳出循环将数组中的数据传给string类s，若输入的数据比128大，则将字符数组整体传给string类s，再正常扩容
二、整体代码实现
2.1 string.h
#pragma once
#pragma once
#include <assert.h>
namespace zl
{
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;
}
/*string()
:_str(new char[1])
, _size(0)
, _capacity(0)
{
_str[0] = '\0';
}*/
//string(const char* str = nullptr) //不可以
//string(const char* str = '\0') //类型不匹配
//string(const char* str = "\0") //可以，常量字符串
//string(const char* str)
string(const char* str = "") //可以，无论写和不写，默认最后以\0结束
:_size(strlen(str))
//:_str(str)
//, _size(strlen(str))
//, _capacity(strlen(str))
{
_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
//s3(s2)
string(const string& s)
:_size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
}
//s1=s3
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;*/
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
const char* c_str()
{
return _str;
}
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
//不修改成员变量数据的函数，最好都加上const
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;
//return *this > s || s == *this;
}
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);
}
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';
}
}
void reserve(size_t n)
{
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 + 1 > _capacity)
{
reserve(_capacity * 2);
}
_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);
//}
//strcpy(_str + _size, str);
strcat(_str, str);
//_size += len;
insert(_size, str);
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size + 1 > _capacity)
{
reserve(2 * _capacity);
}
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);
}
//挪动数据
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end-len];
--end;
}
/*size_t end = _size;
for (size_t i = 0; i < _size + 1; ++i)
{
_str[end + len] = _str[end];
--end;
}*/
//拷贝插入
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
return *this;
}
string& 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;
}
return *this;
}
//swap(s1, s2);
//s1.swap(s2);
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_capacity, s._capacity);
std::swap(_size, s._size);
}
size_t find(char ch,size_t pos=0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
{
if (_str[i] == ch)
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
char* p = strstr(_str + pos, str);
if (p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - _str;
}
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
static const size_t npos;
//可以
//static const size_t npos = -1;
//不可以
//static const double dpos=1.1;
};
const size_t string::npos = -1;
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
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')
{
//s += ch;
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;
}
void test_string1()
{
string s1;
string s2("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
s2[0]++;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string2()
{
string s1;
string s2("hello world");
string s3(s2);
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
s2[0]++;
cout << s2.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
}
void Print(const string& s)
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
cout << s[i] << " ";
}
cout << endl;
string::const_iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
//*it = 'x';
++it;
}
cout << endl;
for (auto ch : s)
{
cout << ch << " ";
}
}
void test_string3()
{
string s1("hello world");
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
s1[i]++;
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
Print(s1);
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
(*it)--;
++it;
}
cout << endl;
it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello world");
string s2("hello world");
string s3("xx");
cout << (s1 < s2) << endl;
cout << (s1 == s2) << endl;
cout << (s1 >= s2) << endl;
}
void test_string5()
{
string s1("hello world");
s1.push_back(' ');
s1.append("xxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
cout << s1.c_str() << endl;
string s2;
s2 += 'a';
s2 += 'b';
s2 += 'c';
cout << s2.c_str() << endl;
s1.insert(5, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string6()
{
string s1("hello world1111111111111111111111111111");
cout << s1.capacity() << endl;
s1.reserve(10);
cout << s1.capacity() << endl;
}
void test_string7()
{
string s1;
s1.resize(20, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.resize(30, 'y');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.resize(10);
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string8()
{
string s1("11111111111");
s1.insert(0, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(3, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(3, "yyy");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, "yyy");
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string9()
{
string s1("0123456789");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(4, 3);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(4, 30);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(2);
cout << s1.c_str() << endl;
}
//流插入重载必须实现成友元函数？不对
void test_string10()
{
string s1("0123456789");
s1 += '\0';
s1 += "xxxxxxxx";
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
string s2;
cin >> s2;
cout << s2 << endl;
cin >> s1;
cout << s1 << endl;
}
}
2.2 test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
#include "string.h"
int main()
{
try
{
//zl::test_string1();
//zl::test_string2();
//zl::test_string3();
//zl::test_string4();
//zl::test_string5();
//zl::test_string6();
//zl::test_string7();
//zl::test_string8();
//zl::test_string9();
zl::test_string10();
}
catch (const exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
//zl::string s1;
//std::string s2;
//cout << sizeof(s1) << endl;//24 //12
//cout << sizeof(s2) << endl;//40 //28
//zl::string s3("11111");
//std::string s4("111111");
//cout << sizeof(s3) << endl;//24 //12
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