C++：string容器（下篇）

1.string浅拷贝的问题

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public :
	/*String()
	:_str(new char[1])
	{
		*_str = '\0';
	}*/

    //String(const char* str = "\0") // 错误示范
    //String(const char* str = nullptr) // 错误示范
    
	String(const char* str = "")
	{
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);   
	}

	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}
private:
	char* _str;
};


int main()
{
	String s1("hello world!");
	String s2(s1);    // 这里会析构两次，导致程序崩溃

	return 0;
}

说明：

        上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

浅拷贝：

        也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

        可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。

2.深拷贝

        如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

2.1 传统写法的String类

class String
{
public :
	String(const char* str = "")
	{
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	} 

	String(const String& s)
		: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
	{
		strcpy(_str, s._str);
	} 

	String& operator=(const String& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
			strcpy(pStr, s._str);
			delete[] _str;
			_str = pStr;
		} 

		return* this;
	} 

	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}

private:
	char* _str;
};

2.1 现代写法的String类

class String
{
public :
	String(const char* str = "")
	{
		// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
		if (nullptr == str)
		{
			assert(false);
			return;
		} 
		_str = new char[strlen(str) + 1];
		strcpy(_str, str);
	} 

	String(const String& s)
		: _str(new char[strlen(s._str) + 1])
	{
		strcpy(_str, s._str);
	} 

	// 现代版本
	String & operator=(String s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		return *this;
	}

	 传统版本
	//String& operator=(const String& s)
	//{
	//	if (this != &s)
	//	{
	//		char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
	//		strcpy(pStr, s._str);
	//		delete[] _str;
	//		_str = pStr;
	//	} 

	//	return* this;
	//} 

	~String()
	{
		if (_str)
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
		}
	}

private:
	char* _str;
};

3.string类的模拟实现

头文件 string.h：

namespace room
{
	class string
	{
	public:
		// 迭代器
		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)
		{}*/

		void swap(string& s);

		string(size_t n, char ch);
		string(const char* str = "");
		// s2(s1)
		string(const string& s);

		// s1 = s2
		// s1 = s1
		//string& operator=(const string& s);
		// s1 = s2
		string& operator=(string s);

		~string();

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

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

		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, size_t n, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* ch);
		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _size;
		}

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

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

		string substr(size_t pos, size_t len = npos);

		bool operator==(const string& s) const;
		bool operator!=(const string& s) const;
		bool operator<(const string& s) const;
		bool operator<=(const string& s) const;
		bool operator>(const string& s) const;
		bool operator>=(const string& s) const;

	private:
		// 声明
		char* _str = nullptr;
		size_t _size = 0;
		size_t _capacity = 0;

		const static size_t npos;
	};

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

源文件string.cpp：

// 链接时会合并
namespace room 
{
	const size_t string::npos = -1;

	string::string(size_t n, char ch)
		:_str(new char[n + 1])
		,_size(n)
		,_capacity(n)
	{
		for (size_t i = 0; i < n; ++i)
		{
			_str[i] = ch;
		}

		_str[_size] = '\0';
	}

	string::string(const char* str)
		:_size(strlen(str))
	{
		_capacity = _size;
		_str = new char[_size + 1];
		strcpy(_str, str);
	}

	 传统写法
	 s2(s1)
	//string::string(const string& s)
	//{
	//	_str = new char[s._capacity + 1];
	//	strcpy(_str, s._str);
	//	_size = s._size;
	//	_capacity = s._capacity;
	//}

	void string::swap(string& s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		std::swap(_size, s._size);
		std::swap(_capacity, s._capacity);
	}

	// 现代写法
	// s2(s1)
	string::string(const string& s)
	{
		string tmp(s._str);
		swap(tmp);
	}

	// s1 = s2
	// s1 = s1
	/*string& 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;
	}*/

	// s1 = s2
	string& string::operator=(string s)
	{
		swap(s);
		return *this;
	}

	string::~string()
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}

	void string::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];
			strcpy(tmp, _str);
			delete[] _str;
			_str = tmp;
			_capacity = n;
		}
	}

	void string::push_back(char ch)
	{
		if (_size + 1 > _capacity)
		{
			// 扩容
			reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
		}

		_str[_size] = ch;
		++_size;
		_str[_size] = '\0';	// 末尾得加上一个\0
	}

	void string::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			// 扩容
			size_t newCapacity = 2 * _capacity;
			if(_size + len > 2 * _capacity)
			{
				newCapacity = _size + len;
			}

			reserve(newCapacity);
		}

		strcpy(_str + _size, str);
		_size += len;
	}

	string& string::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}

	string& string::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

	void string::insert(size_t pos, size_t n, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		assert(n > 0);

		if (_size + n > _capacity)
		{
			// 扩容
			size_t newCapacity = 2 * _capacity;
			if (_size + n > 2 * _capacity)
			{
				newCapacity = _size + n;
			}

			reserve(newCapacity);
		}

		// 挪动数据
		// 这样挪动数据，头插的时候会越界
		/*size_t end = _size;
		while (end >= pos)
		{
			_str[end + n] = _str[end];
			--end;
		}*/

		size_t end = _size + n;
		while (end > pos + n - 1)
		{
			_str[end] = _str[end - n];
			--end;
		}

		for (size_t i = 0; i < n; ++i)
		{
			_str[pos + i] = ch;
		}
		_size += n;

		/*string tmp(n, ch);
		insert(pos, tmp.c_str());*/
	}

	void string::insert(size_t pos, const char* str)
	{
		assert(pos <= _size);
		size_t n = strlen(str);

		if (_size + n > _capacity)
		{
			// 扩容
			size_t newCapacity = 2 * _capacity;
			if (_size + n > 2 * _capacity)
			{
				newCapacity = _size + n;
			}

			reserve(newCapacity);
		}

		size_t end = _size + n;
		while (end > pos + n - 1)
		{
			_str[end] = _str[end - n];
			--end;
		}

		for (size_t i = 0; i < n; ++i)
		{
			_str[pos + i] = str[i];
		}

	}
	
	void string::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		if (len >= _size - pos)
		{
			// 删完数据
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		else
		{
			size_t end = pos + len;
			while (end <= _size)
			{
				_str[end - len] = _str[end];
				++end;
			}
			_size -= len;
		}
	}

	size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}

		return npos;
	}

	size_t string::find(const char* str, size_t pos)
	{
		const char* p = strstr(_str + pos, str);
		if (p == nullptr)
		{
			return npos;
		}
		else
		{
			return p - _str;
		}
	}

	string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		size_t leftlen = _size - pos;
		// 给的长度大于剩余的长度时，len等于剩余长度
		if (len > leftlen)
			len = leftlen;

		string tmp;
		tmp.reserve(len);
		for (size_t i = 0; i < len; ++i)
		{
			tmp += _str[pos + i];
		}

		return tmp;
	}

	bool string::operator==(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}

	bool string::operator!=(const string& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}

	bool string::operator<(const string& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;
	}

	bool string::operator<=(const string& s) const
	{
		return *this < s || *this == s;
	}

	bool string::operator>(const string& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}

	bool string::operator>=(const string& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}

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

		return out;
	}

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

		// 输入短串，不会浪费空间
		// 输入长串，避免不断扩容
		const size_t N = 1024;
		char buff[N];
		int i = 0;
		//cin >> i;	// 这样是不行的
		char ch = in.get();	// 用get()才能收到空格和换行
		// 短串就放入buff
		while (ch != ' ' && ch != '\n')	// 遇到\n就结束
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}

			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			// 长串才扩容，减小扩容带来的性能消耗
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}

	istream& getline(istream& in, string& s, char delim)
	{
		s.clear();

		// 输入短串，不会浪费空间
		// 输入长串，避免不断扩容
		const size_t N = 1024;
		char buff[N];
		int i = 0;
		//cin >> i;	// 这样是不行的
		char ch = in.get();	// 用get()才能收到空格和换行
		// 短串就放入buff
		while (ch != delim)	// 遇到指定字符delim就结束
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}

			ch = in.get();
		}

		if (i > 0)
		{
			// 长串才扩容，减小扩容带来的性能消耗
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
}

完