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C++?STL之string的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例代碼_C 語(yǔ)言

作者：李奇同學(xué)喵喵嗚～ ? 更新時(shí)間： 2023-02-12 編程語(yǔ)言

前言

上一章我們對(duì)string的常見接口及使用進(jìn)行了講解，接下來(lái)我們將對(duì)一些常見的接口，包括構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)，運(yùn)算符重載等等進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn).方便我們理解string接口實(shí)現(xiàn)的原理.

在講解之前先說(shuō)一下string的成員變量.

首先是字符串內(nèi)容_str，再是字符串的大小_size,最后是字符串的總?cè)萘看笮?strong>_capacity.

class string
	{
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};

構(gòu)造函數(shù)

缺省值是一個(gè)空串，再給_str開辟空間時(shí)要多開辟一個(gè)空間存儲(chǔ)'\0'

開好了空間最后需要把內(nèi)容拷貝到_str.

		string(const char* str = "")
		{
			//這里有個(gè)細(xì)節(jié)，就是先計(jì)算出_size大小，然后再直接把_size賦值給_capacity,省了一次strlen()的調(diào)用.
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

析構(gòu)函數(shù)

完成對(duì)string類成員的資源清理，空間釋放等一些操作.

        ~string()
		{
            //釋放_(tái)str的空間，并將其指向的空間置為空
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
 
			_size = _capacity = 0;
		}

拷貝構(gòu)造函數(shù)

說(shuō)到string的拷貝構(gòu)造函數(shù)，這里一定會(huì)涉及到深淺拷貝問(wèn)題.

所以在講解它的拷貝構(gòu)造函數(shù)之前必須先了解它

淺拷貝：也稱位拷貝，編譯器只是將對(duì)象中的值拷貝過(guò)來(lái)。如果對(duì)象中管理資源，可能就會(huì)導(dǎo)致多個(gè)對(duì)象共享同一份資源，當(dāng)一個(gè)對(duì)象銷毀時(shí)就會(huì)將該資源釋放掉，但是其他的對(duì)象不知道該資源已經(jīng)被釋放了，以為資源還有效，所以他們會(huì)繼續(xù)對(duì)這個(gè)資源進(jìn)行訪問(wèn)。這時(shí)就出現(xiàn)了違法訪問(wèn)。深拷貝就是為了解決淺拷貝的問(wèn)題。

深拷貝：就是給自己重新開辟一塊空間，并將數(shù)據(jù)拷貝到新開辟的空間中，如果一個(gè)類中涉及到資源的管理，其拷貝的構(gòu)造函數(shù)，賦值運(yùn)算符重載以及析構(gòu)函數(shù)必須要顯式給出。（就是要手動(dòng)寫，不能用編譯器自動(dòng)生成的）。一般這種情況都是按照深拷貝方式提供。

所以拷貝的時(shí)候，需要重新給_str開辟一塊空間.

		string(const string& s)
			:_str(new char[s._capacity + 1])
			, _size(s._size)
			, _capacity(s._capacity)
		{
			strcpy(_str, s._str);
		}

這里也用圖淺淺的介紹一下淺拷貝和深拷貝的區(qū)別.

operator=賦值運(yùn)算符重載

正如上一個(gè)所說(shuō)，=賦值運(yùn)算符也同樣存在深淺拷貝的問(wèn)題，所以也必須進(jìn)行深拷貝.

它和拷貝構(gòu)造的主要區(qū)別就是：拷貝構(gòu)造是對(duì)象還沒(méi)有初始化時(shí)進(jìn)行拷貝，而賦值運(yùn)算符重載是對(duì)一個(gè)已經(jīng)存在的變量進(jìn)行賦值.

當(dāng)然同樣這里也需要深拷貝

也有一些需要注意的問(wèn)題：例如s1=s2.我們把s2賦值給s1后，那么原本的s1空間該怎么辦呢？

我們的解決方案是：

把原本的s1空間釋放掉，然后再開辟一塊和s2大小相同的空間，再把內(nèi)容從s2拷貝到s1

		//= 運(yùn)算符重載
		string& operator=(const string& s)
		{
			//不能自己賦值給自己
			if (this != &s)
			{//先釋放掉原本的空間
				delete[] _str;
				_str = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(_str, s._str);
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
			return *this;
		}

c_str

c_str就是返回c語(yǔ)言風(fēng)格的字符串，既返回char*類型字符串，返回字符串首地址即可.

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

為什么加const呢？

第一個(gè)const是為了使普通對(duì)象和const對(duì)象都可以調(diào)用這個(gè)函數(shù)，因?yàn)闄?quán)限只可以縮小，不可以放大.

第二個(gè)const是保證函數(shù)體內(nèi)的內(nèi)容不會(huì)被改變，既this指針指向的內(nèi)容無(wú)法被改變.

operator[]

實(shí)現(xiàn)[]重載，是指?jìng)鬟^(guò)來(lái)一個(gè)下標(biāo)index，返回它index下標(biāo)所對(duì)應(yīng)的值

目的是讓字符串可以像數(shù)組一樣訪問(wèn)每一個(gè)元素.

		char& operator[](size_t index)
		{
            //下標(biāo)必須小于字符串總大小
			assert(index < _size);
 
			return _str[index];
 
		}

當(dāng)然為了const對(duì)象也可以調(diào)用，我們可以再寫一個(gè)const修飾的operator[].

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

size()

寫一個(gè)函數(shù)，直接返回_size即可

        size_t size() const
		{
			return _size;
		}

那可能會(huì)有人想問(wèn)了：既然返回_size,那我們直接調(diào)用它這個(gè)成員不就行了，為什么還有套一層函數(shù)呢？

這是因?yàn)開size是被private修飾的，我們是不能直接訪問(wèn)私有成員的.

所以需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)公有的函數(shù)間接訪問(wèn)_size.

capacity()

這個(gè)所注意的和size完全一致.

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}

empty()

只需要判斷當(dāng)前的size是否等于0即可.

		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}

operator+=

這個(gè)重載運(yùn)算符我們上一章講過(guò)是可以插入字符或者插入字符串的，這里也分別復(fù)用了push_back和append(),這兩個(gè)函數(shù)后面將模擬實(shí)現(xiàn).

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

擴(kuò)容函數(shù)(reserve)

調(diào)整容量大小到n

先new一個(gè)n+1的新空間，再把原來(lái)的數(shù)據(jù)拷貝到新空間中去，然后釋放掉原來(lái)的空間，然后將capacity設(shè)置為n.

void reserve(size_t n)
		{
			//n應(yīng)該大于之前的容量
			if (n > _capacity)
			{
				//先開辟大小為n+1的空間
				char* tmp = new char[n + 1];
				//將原來(lái)的數(shù)據(jù)拷貝到tmp
				strcpy(tmp, _str);
				//釋放掉原來(lái)的數(shù)據(jù)
				delete[] _str;
				
				//將擴(kuò)容后的數(shù)據(jù)重新賦給_str
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

畫圖來(lái)理解一下它?

resize()

resize會(huì)有以下兩種情況：

1.若n < _size,既重新調(diào)整后的大小小于原來(lái)的大小，會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)截?cái)啵槐Ａ羟皀個(gè)字符.

2.若n > _size,這里直接復(fù)用reserve即可

既如果n<_capacity,此時(shí)_capacity不發(fā)生變化，多出的空間用ch替代.

如果n>_capacity,此時(shí)_capacity需要擴(kuò)容(1.5倍速度，不一定是n),直到最接近為止.

		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				//插入數(shù)據(jù)
                //reserve會(huì)和容量進(jìn)行比較以及是否需要闊人
				reserve(n);
                //多余的字符用ch替代    
				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
                //字符串結(jié)束
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				//刪除數(shù)據(jù)
                 //直接將第n個(gè)數(shù)據(jù)改為'\0'，這樣相當(dāng)于將后面的數(shù)據(jù)全部刪除了.
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}

push_back()

push_back的作用是在原字符串后上拼接一個(gè)字符，首先我們現(xiàn)需要判斷空間是否足夠，如不夠，則需要擴(kuò)容，復(fù)用之前的reserve函數(shù)，再進(jìn)行插入數(shù)據(jù)，最后加上'\0'.

當(dāng)然還可以利用復(fù)用insert()函數(shù)進(jìn)行插入，這個(gè)后面再實(shí)現(xiàn).

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
				_str[_size] = ch;
				++_size;
				_str[_size] = '/0';
			}
		}

還以復(fù)用insert這樣插入，會(huì)使代碼健壯性更強(qiáng)，更加簡(jiǎn)潔.

這個(gè)inser()函數(shù)后面會(huì)實(shí)現(xiàn).

			insert(_size, ch);

append()

這個(gè)與push_back不同的是：push_back()只能插入一個(gè)字符，append()只可以插入一個(gè)字符串.

這里的問(wèn)題就出現(xiàn)了，我們不知道追加的字符串長(zhǎng)度，自然擴(kuò)容的時(shí)候也不知道擴(kuò)大到多少，是2倍還是3倍，所以這里要看插入的字符串的長(zhǎng)度len，只要要讓空間開到_size+len.

讓空間滿足最低的情況，能把所有的字符容納下，最后利用strcpy將其數(shù)據(jù)拷貝過(guò)來(lái)即可.

        	void append(const char* str)
		    {
				size_t len = strlen(str);
				if (_size + len > _capacity)
				{
					reserve(_size + len);
				}
				strcpy(_str + _size, str);
				_size = _size + len;
			}

當(dāng)然同樣可以復(fù)用insert函數(shù).

    insert(_size, str);

下面就該說(shuō)insert函數(shù)了.

insert()

insert也分為兩種情況：插入一個(gè)字符或插入多個(gè)字符(字符串)

插入一個(gè)字符：方法類似于順序表的插入

		string& insert(size_t pos, char ch)
		{
            //插入的位置必須要與字符串大小
			assert(pos <= _size);
            //如果空間滿了，則需要擴(kuò)容
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
            //插入操作
			size_t end = _size + 1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}
			_str[pos] = ch;
			++_size;
			return *this;
		}

插入多個(gè)字符：

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}
            //先把空間騰出來(lái)
			size_t end = _size + len;
			while (end >= pos + len)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
            //再把利用strncpy把指定長(zhǎng)度的字符串插入
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size = _size + len;
 
		}

說(shuō)了插入就該說(shuō)刪除了.

erase()

這個(gè)函數(shù)也比較巧妙，首先輸入兩個(gè)參數(shù)：第一個(gè)參數(shù)是要開始刪除的下標(biāo)，第二個(gè)參數(shù)是要?jiǎng)h除的長(zhǎng)度.

首先第二個(gè)參數(shù)默認(rèn)缺省值是npos，npos是一個(gè)非常大的數(shù).

首先判斷l(xiāng)en是否等于npos或者當(dāng)前位置+len是否大于總長(zhǎng)度，若是，則直接將pos位置置為'\0'，后面的元素也就相當(dāng)于刪除了

如果不是，則把pos+len之后的元素拷貝到pos位置之后，這樣就相當(dāng)于刪除了pos~pos+len之間的這一段字符.再把_size-len，相當(dāng)于是一個(gè)覆蓋的過(guò)程.

		void 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;
			}
		}

find()

也是實(shí)現(xiàn)兩個(gè)，利用strstr()函數(shù)來(lái)查找字符串.

1.如果查找一個(gè)字符

? 如果找到，則直接返回字符所對(duì)應(yīng)的下標(biāo)pos，否則返回npos.

2.如果查找一個(gè)字符串

? ?對(duì)于這種情況，找到字符串后，我們需要返回第一個(gè)字符的下標(biāo)，通過(guò)指針差值確定目標(biāo)字符串的位置。

1.查找一個(gè)字符

思路很簡(jiǎn)單，就是利用循環(huán)

		size_t find(char ch, size_t pos = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (ch == _str[i])
				{
					return i;
				}
			}
			return npos;
		}

2.查找一個(gè)字符串

利用strstr函數(shù)，從第pos個(gè)位置開始查找，如果找到則返回目標(biāo)字符串的首元素地址，若沒(méi)有找到則返回空指針

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
		{
			assert(sub);
			assert(pos < _size);
 
			const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}
		}

substr()

?這個(gè)函數(shù)實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，復(fù)用之前實(shí)現(xiàn)的+=即可

首先計(jì)算出實(shí)際要切割的長(zhǎng)度realLen = len

如果pos+len>_size或者len == npos,則需要重新計(jì)算realLen = _size - pos

然后循環(huán)realLen次，創(chuàng)建一個(gè)string類型的sub變量，每次利用sub+=這個(gè)字符即可.

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

比較大小函數(shù)

實(shí)現(xiàn)比較大小，只需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)運(yùn)算符重載即可：

1. > 或 <其中任意一個(gè)

2.==

剩下的>=、<=、!=等等復(fù)用即可.

實(shí)現(xiàn)> 或 < 時(shí)，利用strcmp比較函數(shù)即可.

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

?這樣string的模擬實(shí)現(xiàn)基本就完成了，下面是總代碼：

namespace hmylq
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
 
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		//拷貝構(gòu)造 - - - 1
		string(const string& s)
			:_str(new char[s._capacity + 1])
			, _size(s._size)
			, _capacity(s._capacity)
		{
			strcpy(_str, s._str);
		}
		//拷貝構(gòu)造 - - - 2
	/*	string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(_str, tmp._str);
			swap(_size, tmp._size);
			swap(_capacity, tmp._capacity);
		}*/
 
		//析構(gòu)函數(shù)
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
		
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
 
		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}
 
		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}
 
		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}
 
		/
		void push_back(char ch)
		{
			/*if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
				_str[_size] = ch;
				++_size;
				_str[_size] = '/0';
			}*/
			insert(_size, ch);
		}
 
	
		string& operator += (char ch)
		{
			push_back(ch);
 
			return *this;
		}
 
		void append(const char* str)
		{
			/*size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size = _size + len;*/
			insert(_size, str);
		}
 
		string& operator += (const char* str)
		{
			append(str);
 
			return *this;
		}
 
 
 
		//= 運(yùn)算符重載
		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;
			}
		}
 
 
	
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}
 
		void swap(string& tmp)
		{
			::swap(_str, tmp._str);
			::swap(_size, tmp._size);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
		}
 
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
		//
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
 
		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}
		
		bool empty() const
		{
			return _size == 0;
		}
 
		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				reserve(n);
				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}
 
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
 
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		
		/
		char& operator[](size_t index)
		{
			assert(index < _size);
 
			return _str[index];
 
		}
 
		const char& operator[](size_t index) const
		{
			assert(index < _size);
 
			return _str[index];
		}
 
		//
 
		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;
		}
		bool operator <(const string& s) const
		{
			return !(*this >= s);
		}
		bool operator <=(const string& s) const
		{
			return !(*this > s);
		}
		bool operator !=(const string& s)
		{
			return !(*this == s);
		}
 
		
 
		size_t find(char ch, size_t pos = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (ch == _str[i])
				{
					return i;
				}
			}
			return npos;
		}
		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
		{
			assert(sub);
			assert(pos < _size);
 
			const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}
		}
 
		string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			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);
			}
			size_t end = _size + len;
			while (end >= pos + len)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size = _size + len;
 
		}
 
		void 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;
			}
		}
 
	
 
 
		string substr(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			size_t realLen = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)
			{
				realLen = _size - pos;
			}
			string sub;
			for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}
 
			return sub;
		}
 
 
	private:
		char* _str;
		int _size;
		int _capacity;
		const static size_t npos = -1;
	};
}

總結(jié)

原文鏈接：https://blog.csdn.net/weixin_47257473/article/details/128529180

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C++?STL之string的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例代碼_C 語(yǔ)言

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前言

構(gòu)造函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)

拷貝構(gòu)造函數(shù)

operator=賦值運(yùn)算符重載

c_str

operator[]

size()

capacity()

empty()

operator+=

擴(kuò)容函數(shù)(reserve)

resize()

push_back()

append()

insert()

erase()

find()

1.查找一個(gè)字符

2.查找一個(gè)字符串

substr()

比較大小函數(shù)

總結(jié)

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C++?STL之string的模擬實(shí)現(xiàn)實(shí)例代碼_C 語(yǔ)言

目錄

前言

構(gòu)造函數(shù)

析構(gòu)函數(shù)

拷貝構(gòu)造函數(shù)

operator=賦值運(yùn)算符重載

c_str

operator[]

size()

capacity()

empty()

operator+=

擴(kuò)容函數(shù)(reserve)

resize()

push_back()

append()

insert()

erase()

find()

1.查找一個(gè)字符

2.查找一個(gè)字符串

substr()

比較大小函數(shù)

總結(jié)

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