C++ ——string的模拟实现

目录

前言

浅记

 1. 构造函数

2. 拷贝构造函数

2.1 拷贝构造传统写法

2.2 拷贝构造现代写法

3. swap 

4. 赋值重载

4.1 赋值重载的传统写法

4.2 赋值重载的现代写法1

 4.3 赋值重载的现代写法2

5. 析构函数

6. reserve（扩容） 

7. push_back（尾插） 

8. iterator（迭代器）

9. append（尾插一个字符串）

10. insert 

10.1 按pos位插入一个字符

10.2 按pos位插入一个字符串

11. erase 

12. find

12.1 查找字符

12.2 查找字符串

13. substr 

 14.代码汇总

string.h

string.cpp

前言

        接C++ —— 关于string类-CSDN博客https://blog.csdn.net/hedhjd/article/details/142023625?spm=1001.2014.3001.5501

浅记

char* _str;字符串存储空间首地址指针
size_t _size; 当前存储的有效数据个数
size_t _capacity;可用容量

*
_str：指向字符串存放的空间的指针
_size：当前存储的有效数据个数 ,指向最后一个字符的下一个位置
_capacity：代表当前可存储的最大容量
nops：此值设置为 -1，无符号整型转换就是42亿，且此值为const和静态参数具有全局效应，某些函数设置其为缺省参数
 

 1. 构造函数

//构造函数
string(const char* str = "")
{
	_size = strlen(str);
	// _capacity不包含\0
	_capacity = _size;
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
}

2. 拷贝构造函数

2.1 拷贝构造传统写法

// 深拷贝问题
//拷贝构造传统写法
string(const string& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
	_size = s._size;
	_capacity = s._capacity;
}

2.2 拷贝构造现代写法

//拷贝构造现代写法
string(const string& s)
{
	string tmp(s._str);
	swap(tmp);
}

3. swap 

void swap(string& s)
{
	//指定std，调用算法库里的值
	std::swap(_str, s._str);
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
}

4. 赋值重载

4.1 赋值重载的传统写法

// s2 = s1
// s1 = s1
//赋值重载的传统写法
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;
}

4.2 赋值重载的现代写法1

//赋值重载的现代写法1
// s1 = s3;
string& operator=(const string& s)
	if (this != &s)
	{
		//string tmp(s._str);
		string tmp(s);

		swap(tmp);
	}

	return *this;
}

 4.3 赋值重载的现代写法2

//赋值重载的现代写法2
string& operator=(string tmp)
{
	swap(tmp);

	return *this;
}

5. 析构函数

//析构函数
~string()
{
	if (_str)
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
}

6. reserve（扩容） 

void string::reserve(size_t n)
{
	//如果字符串存储的数据大于容量
	if (n > _capacity)
	{
		//cout << "reserve:" << n << endl;
		//申请新空间赋给临时变量tmp  + 1是位\0申请的空间
		char* tmp = new char[n + 1];
		//把数据拷贝到临时变量里
		strcpy(tmp, _str);
		//释放旧空间
		delete[] _str;
		//指向新空间
		_str = tmp;
		//字符串存储的数据等于容量
		_capacity = n;
	}
}

7. push_back（尾插） 

//尾插
void string::push_back(char ch)
{
	//如果当前的有效数据个数和最大容量相等 
	if (_size == _capacity)
	{
		//那么扩容
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	//因为size指向最后一个字符的下一个位置，所以直接插入
	_str[_size] = ch;
	++_size;
	//最后要加一个\0，不然会乱码
	_str[_size] = '\0';
}

先判断是否还有剩余空间如果满了就进行扩容操作。扩容后在_size位置放上我们要插入的字符，然后++_size，最后在_size的后一个位置补上'\0'，防止乱码

8. iterator（迭代器）

const size_t string::npos = -1;
 
string::iterator string::begin()
{
	return _str;
}
 
string::iterator string::end()
{
	return _str + _size;
}
 
string::const_iterator string::begin() const
{
	return _str;
}
 
string::const_iterator string::end() const
{
	return _str + _size;
}

9. append（尾插一个字符串）

	//尾插一个字符串
	//_str：指向字符串存放的空间的指针
	//_size：当前存储的有效数据个数, 指向最后一个字符的下一个位置
	void string::append(const char* str)
	{
		//先计算要插入的字符长度，将值赋给临时变量len
		size_t len = strlen(str); 
		//如果当前存储的有效数据个数 加上 要插入的字符 大于 容量
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
			reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
		}
		//将目标地址到\0的位置中间的值拷贝过去
		strcpy(_str + _size, str);
		//尾插
		_size += len;
	}

如果尾插后的字符串所需空间大于现有空间就扩容，然后使用strcpy函数将需要尾插的字符串从_str + _size的位置开始拷贝，最后插入len即可

10. insert 

10.1 按pos位插入一个字符

//按pos位插入一个字符
void string::insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);

	//如果当前的有效数据个数和最大容量相等 
	if (_size == _capacity)
	{
		//那么扩容
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}

	// 挪动数据
	//_size + 1：\0的后一位
	//把end指向\0的后一位
	size_t end = _size + 1;
	//循环将pos之后的数据都向后挪动一位
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end - 1];
		--end;
	}
	//将字符ch放入pos位
	_str[pos] = ch;
	++_size;
}

先判断是否需要扩容，然后定义一个end指向'\0'的下一个位置，然后将pos之后的数据都向后挪动一位，最后将字符ch放入pos位

10.2 按pos位插入一个字符串

//按pos位插入一个字符串
void string::insert(size_t pos, const char* str)
{
	assert(pos <= _size);
	//先计算要插入的字符长度，将值赋给临时变量len
	size_t len = strlen(str);
	//如果当前存储的有效数据个数 加上 要插入的字符 大于 容量
	if (_size + len > _capacity)
	{
		// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
		reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
	}
	//定义一个end指向_size + len的位置上
	size_t end = _size + len;
	//通过循环把pos后的len个数据向后挪动len个位置
	while (end > pos + len - 1)
	{
		_str[end] = _str[end - len];
		--end;
	}

	// 这里不能用 strcpy 会把 '\0' 拷贝过来
	//使用memcpy函数进行拷贝的原因是memcpy函数不会自动补上'\0'
	// 而strcpy函数会在拷贝后自动补上'\0’，
	//把str里的len个数据拷贝到_str + pos里
	memcpy(_str + pos, str, len);
	//插入字符串
	_size += len;
}

 先计算要插入的字符长度，将值赋给临时变量len，判断是否需要扩容，然后定义一个end指向_size + len 的位置。通过循环来控制将pos后的len个数据向后挪动len个位置，然后使用memcpy函数把str里的len个数据拷贝到_str + pos里

11. erase 

//从pos位置开始删除长度为的len的字符串
//_str：指向字符串存放的空间的指针
//_size：当前存储的有效数据个数, 指向最后一个字符的下一个位置
void string::erase(size_t pos, size_t len)
{
	//判断是否会越界
	assert(pos < _size);
	//如果要删除的字符  大于等于  当前存储的有效数据个数 减去 当前指向数据的位置
	if (len >= _size - pos)
	{
		//直接将pos位置置为\0
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	//如果要删除的字符  小于  当前存储的有效数据个数减去当前指向数据的位置
	else
	{
		//将_str + pos + len(要保留的数据)位置的字符串直接拷贝到_str + pos(要删除的数据)位置直接覆盖掉
		strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
		_size -= len;

	}
}

 先进行判断len是否大于等于pos后面的元素个数，如果大于等于的话，就将pos位及其之后的元素全部删除，直接将pos位置置为'\0'，然后将有效数据个数置为pos

如果len小于pos后面的元素个数的话，就将_str + pos + len位置的字符串直接拷贝到_str + pos位置，直接将要删除的那len个元素覆盖，最后有效数据更新即可

12. find

12.1 查找字符

	//查找字符
	//查找对应的字符，返回对应的下标
	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);

		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}

		return npos;
	}

12.2 查找字符串

strstr：在一个字符串中查找另一个字符串 ，返回子串在原串里第一个出现的位置
str1:原串       str2:子串
const char * strstr ( const char * str1, const char * str2 );

size_t string::find(const char* str, size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	//通过strstr函数来将str作为子串找到它的地址
	const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
	//匹配失败
	if (ptr == nullptr)
	{
		return npos;
	}
	else//匹配成功
	{
		//ptr的地址减去_str的地址就是我们要找的字符串的起始位置的下标
		return ptr - _str;
	}
}

通过strstr函数来将str作为子串找到它的地址，然后sub的地址减去_str的地址就是我们要找的字符串的起始位置的下标

13. substr 

//从pos位置开始截取长度为len的字符再构造一个子串，子串返回
string string::substr(size_t pos, size_t len)
{
	assert(pos < _size);

	// 如果len大于剩余字符长度
	if (len > _size - pos)
	{
		//把len更新成为一个有效的长度，有多少长度取多少空间
		len = _size - pos;
	}
	//构造一个子串sub
		string sub;
		//先给sub预留len个空间
		sub.reserve(len);
		//for循环遍历要截取的字符
		for (size_t i = 0; i < len; i++)
		{
			//将从pos位置开始长度为len的字符尾插到sub中
			sub += _str[pos + i];

		}

		return sub;
}

先判断len是否大于剩余字符的长度，如果len大于剩余字符的长度就把len更新成为一个有效的长度，有多少长度取多少空间，然后再构造一个子串sub，先给sub预留len个空间，然后通过遍历将从pos位置开始长度为len的字符尾插到sub中最后直接返回sub 

 14.代码汇总

string.h

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once

#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using namespace std;

namespace bit
{
	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]{'\0'})
			,_size(0)
			,_capacity(0)
		{}*/

		// 短小频繁调用的函数，可以直接定义到类里面，默认是inline

		//构造函数
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			// _capacity不包含\0
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}



		// 深拷贝问题
		//拷贝构造传统写法
		/*string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}*/

		void swap(string& s)
		{
			//指定std，调用算法库里的值
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}

		//拷贝构造现代写法
		string(const string& s)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp);
		}



		// s2 = s1
		// s1 = s1
		//赋值重载的传统写法
		/*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;
		}*/

		//赋值重载的现代写法1
		// s1 = s3;
		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				//string tmp(s._str);
				string tmp(s);

				swap(tmp);
			}

			return *this;
		}*/

		//赋值重载的现代写法2
		string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);

			return *this;
		}


		//析构函数
		~string()
		{
			if (_str)
			{
				delete[] _str;
				_str = nullptr;
				_size = _capacity = 0;
			}
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		//将字符串的内容清空
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}

		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}

		void reserve(size_t n);
		void push_back(char ch);
		void append(const char* str);
		string& operator+=(char ch);
		string& operator+=(const char* str);

		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);
		void erase(size_t pos, size_t len = npos);

		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

	private: //设置私有，不允许随便访问底层数据

		char* _str = nullptr;//字符串存储空间首地址指针
		size_t _size = 0; //当前存储的有效数据个数
		size_t _capacity = 0;//可用容量

		//static const size_t npos = -1;
		static const size_t npos;
		/*_str：指向字符串存放的空间的指针
		_size：当前存储的有效数据个数 ,指向最后一个字符的下一个位置
		_capacity：代表当前可存储的最大容量
		nops：此值设置为 -1，无符号整型转换就是42亿，且此值为const和静态参数具有全局效应，某些函数设置其为缺省参数*/
	};


	bool operator<(const string& s1, const string& s2);
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>(const string& s1, const string& s2);
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2);
	bool operator==(const string& s1, const string& s2);
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2);

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
	istream& operator>>(istream& in, string& s);
}

string.cpp

#include"string.h"


//char* _str;字符串存储空间首地址指针
//size_t _size; 当前存储的有效数据个数
//size_t _capacity;可用容量
//static const size_t npos = -1;
/*_str：指向字符串存放的空间的指针
_size：当前存储的有效数据个数 ,指向最后一个字符的下一个位置
_capacity：代表当前可存储的最大容量
nops：此值设置为 -1，无符号整型转换就是42亿，且此值为const和静态参数具有全局效应，某些函数设置其为缺省参数*/


namespace bit
{
	const size_t string::npos = -1;
	//扩容
	void string::reserve(size_t n)
	{
		//如果字符串存储的数据大于容量
		if (n > _capacity)
		{
			//cout << "reserve:" << n << endl;
			//申请新空间赋给临时变量tmp  + 1是位\0申请的空间
			char* tmp = new char[n + 1];
			//把数据拷贝到临时变量里
			strcpy(tmp, _str);
			//释放旧空间
			delete[] _str;
			//指向新空间
			_str = tmp;
			//字符串存储的数据等于容量
			_capacity = n;
		}
	}

	//尾插
	void string::push_back(char ch)
	{
		//如果当前的有效数据个数和最大容量相等 
		if (_size == _capacity)
		{
			//那么扩容
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}
		//因为size指向最后一个字符的下一个位置，所以直接插入
		_str[_size] = ch;
		++_size;
		//最后要加一个\0，不然会乱码
		_str[_size] = '\0';
	}

	//尾插一个字符串
	//_str：指向字符串存放的空间的指针
	//_size：当前存储的有效数据个数, 指向最后一个字符的下一个位置
	void string::append(const char* str)
	{
		//先计算要插入的字符长度，将值赋给临时变量len
		size_t len = strlen(str);
		//如果当前存储的有效数据个数 加上 要插入的字符 大于 容量
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
			reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
		}
		//将目标地址到\0的位置中间的值拷贝过去
		strcpy(_str + _size, str);
		//尾插
		_size += len;
	}

	//尾插一个字符
	string& string:: operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}

	//尾插一个字符串
	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

	//按pos位插入一个字符
	void string::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);

		//如果当前的有效数据个数和最大容量相等 
		if (_size == _capacity)
		{
			//那么扩容
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}

		// 挪动数据
		//_size + 1：\0的后一位
		//把end指向\0的后一位
		size_t end = _size + 1;
		//循环将pos之后的数据都向后挪动一位
		while (end > pos)
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			--end;
		}
		//将字符ch放入pos位
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}

	//按pos位插入一个字符串
	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		//先计算要插入的字符长度，将值赋给临时变量len
		size_t len = strlen(str);
		//如果当前存储的有效数据个数 加上 要插入的字符 大于 容量
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 大于2倍，需要多少开多少，小于2倍按2倍扩
			reserve(_size + len > 2 * _capacity ? _size + len : 2 * _capacity);
		}
		//定义一个end指向_size + len的位置上
		size_t end = _size + len;
		//通过循环把pos后的len个数据向后挪动len个位置
		while (end > pos + len - 1)
		{
			_str[end] = _str[end - len];
			--end;
		}

		// 这里不能用 strcpy 会把 '\0' 拷贝过来
		//使用memcpy函数进行拷贝的原因是memcpy函数不会自动补上'\0'
		// 而strcpy函数会在拷贝后自动补上'\0’，
		//把str里的len个数据拷贝到_str + pos里
		memcpy(_str + pos, str, len);
		//插入字符串
		_size += len;
	}

	//从pos位置开始删除长度为的len的字符串
	//_str：指向字符串存放的空间的指针
	//_size：当前存储的有效数据个数, 指向最后一个字符的下一个位置
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		//判断是否会越界
		assert(pos < _size);
		//如果要删除的字符  大于等于  当前存储的有效数据个数 减去 当前指向数据的位置
		if (len >= _size - pos)
		{
			//直接将pos位置置为\0
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		//如果要删除的字符  小于  当前存储的有效数据个数减去当前指向数据的位置
		else
		{
			//将_str + pos + len(要保留的数据)位置的字符串直接拷贝到_str + pos(要删除的数据)位置直接覆盖掉
			strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
			_size -= len;

		}
	}

	//查找字符
	//查找对应的字符，返回对应的下标
	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);

		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}

		return npos;
	}

	//查找字符串
	//strstr：在一个字符串中查找另一个字符串 
	// 返回子串在原串里第一个出现的位置
	//str1:原串       str2:子串
	//const char * strstr ( const char * str1, const char * str2 );
	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		//通过strstr函数来将str作为子串找到它的地址
		const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
		//匹配失败
		if (ptr == nullptr)
		{
			return npos;
		}
		else//匹配成功
		{
			//ptr的地址减去_str的地址就是我们要找的字符串的起始位置的下标
			return ptr - _str;
		}
	}

	//从pos位置开始截取长度为len的字符再构造一个子串，子串返回
	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);

		// 如果len大于剩余字符长度
		if (len > _size - pos)
		{
			//把len更新成为一个有效的长度，有多少长度取多少空间
			len = _size - pos;
		}
		//构造一个子串sub
			string sub;
			//先给sub预留len个空间
			sub.reserve(len);
			//for循环遍历要截取的字符
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				//将从pos位置开始长度为len的字符尾插到sub中
				sub += _str[pos + i];

			}

			return sub;
	}


	//string比较大小按照ascii码比
	//strcmp：如果第一个数大于/小于/等于第二个数，那么返回>0/<0/0
	//小于
	bool operator<(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
	}

	//小于等于
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return s1 < s2 || s1 == s2;
	}

	//大于
	bool operator>(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 <= s2);
	}

	//大于等于
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 < s2);
	}

	//等于
	bool operator==(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
	}

	//不等于
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 == s2);
	}



	//流插入
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
	for (auto ch : s)
	{
		out << ch;
	}

	return out;
}



//流提取
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
	s.clear();

	const int N = 256;
	char buff[N];
	int i = 0;

	char ch;
	//in >> ch;
	ch = in.get();
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		buff[i++] = ch;
		if (i == N - 1)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;

			i = 0;
		}

		//in >> ch;
		ch = in.get();
	}

	if (i > 0)
	{
		buff[i] = '\0';
		s += buff;
	}

	return in;
}

感谢观看~