代码收藏家 C语言领域揭秘第十五篇章：STL中String类的模拟实现详解
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前言
上篇博客已经简单的介绍了string类的一些接口，并且做了一些了解
同时也刷了一些oj题目，熟练使用一些string的函数
今天我们来模拟实现一下string类
fellow me
string类的模拟实现
首先，string类是在stl库实现之前出现的，后面的stl库的内容大部分都和string类的接口类似
string类比起以前的一些数据结构，多了很多东西
迭代器就是一方面，能够更好的耦合算法和类和对象
string类——迭代器的模拟
我们先来看迭代器以及，string类的成员变量
class string
{
public:
typedef char* iterator; //迭代器 begin end
typedef const char* const_iterator;
const char* c_str() const // 返回字符常量
{
return _str;
}
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const // 这里是const修饰的迭代器函数
{ // 在处理一些const修饰的对象时，如果直接访问上面的普通begin
return _str; // 会引发权限的 放大 导致程序不能执行 所以这里复写了const的版本
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
size_t size() const // 返回大小 // 这里从const是修饰大小和容量不能被改变
{ // 权限能缩小 不会放大
return _size;
}
size_t capacity() const // 返回容量
{
return _size;
}
private:
//
char* _str = nullptr; // 字符串
size_t _size = 0; // 大小
size_t _capacity = 0;// 容量
const static size_t npos; // 模拟string类里面缺省参数的 npos参数
};
string类——默认成员函数
构造函数、析构函数、拷贝构造、运算符重载
在string类标准库里面有好几个版本的构造函数
这里模拟实现了其中两个
析构函数还是比较简单的
主要是拷贝构造函数有两个版本来实现
string::string(size_t n, char ch) // 初始化列表
:_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) // 构造函数
:_size(strlen(str))
{
_capacity = _size;
_str = new char[_size + 1];
strcpy(_str, str);
}
string::~string() // 析构函数
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
string::string(const string& s) // 拷贝构造 正常我们就是这样实现拷贝构造
{ // 防止在一些占用空间的参数 比如字符串
_str = new char[s._capacity + 1]; // 调用系统的拷贝构造，导致浅拷贝，多次析构同一位置
strcpy(_str, s._str); // 引起程序崩溃
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
// 这里提供一种新的实现方法 同时也更简单明了
// 而且这里的swap函数还有其他的作用 能被复用
void string::swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
// 现代写法 直接复用
string::string(const string& s) // 这里直接定义新的string 如果this和其交换
{ // 两种方法原理是一样的
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
// 另外还有一个 销毁函数
void clear() // 销毁
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
下面就是运算符重载部分了
// s1 = s2
// s1 = s1
void string::swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
string& string::operator=(const string& s) // 赋值运算符重载
{
if (this != &s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp); // 现代写法就是直接复用swap
//delete[] _str; // 传统的就是这样一步一步赋值给另外一个对象
//_str = new char[s._capacity + 1];
//strcpy(_str, s._str);
//_size = s._size;
//_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}
// 处理string像访问数组一样 直接堆 [] 进行重载
char& operator[](size_t pos) // []重载
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
const char& operator[](size_t pos) const // const修饰 不能改变内容
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
// 下面就是一些判断字符串大小的函数 比较大小的函数还是比较简单的
bool string::operator==(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) == 0; // 这里复用了c语言里面的 strcmp 比较函数
}
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);
}
string类——常用函数接口
这里模拟实现一些string类的常用接口函数
reserve、push_back、append、insert、erase、find、substr等接口
实现string的增删改查功能
话不多说，上代码
// reserve函数 预留空间
void string::reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
//cout << "reserve:" << n << endl;
char* tmp = new char[n + 1]; // 如果原本的空间没有到达指定大小
strcpy(tmp, _str); // 扩容
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
// 尾插函数 可以做 +=单个字符的复用函数
void string::push_back(char ch)
{
if (_size + 1 > _capacity) // 如果空间不够 扩容
{
// 扩容
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch; // 正常尾插
++_size;
_str[_size] = '\0'; // 注意\0 结尾
}
// append函数 在字符串尾部接入字符串 可以做+=字符串函数的复用
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;
}
// +=字符串 和 += 字符 函数的重载
string& string::operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& string::operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
// 插入函数 在pos 位置 插入 n 个 ch 字符
void string::insert(size_t pos, size_t n, char ch)
{
assert(pos <= _size);
assert(n > 0);
if (_size + n > _capacity) // 判断扩容
{
// 扩容
size_t newCapacity = 2 * _capacity;
if (_size + n > 2 * _capacity)
{
newCapacity = _size + n;
}
reserve(newCapacity);
}
// 挪动数据
/* int end = _size; // pos为size_t 在和int比较时 int 会转为size_t 导致程序出错
while (end >= (int)pos)
{
_str[end + n] = _str[end];
--end;
}*/
size_t end = _size + n; // 这样写代码更健壮 而且end不会到负数部分
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());*/ // 这里复用insert的 在pos位置插入字符串
}
// insert 在pos位置插入字符串
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;
//} // 正常写法
size_t n = strlen(str); // 间接扩容
insert(pos, n, 'x'); // 直接用前面的insert复用 先插入 n 个字符 然后再覆盖一下
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[pos + i] = str[i];// 直接覆盖 // 这样的代码就简洁很多 复用性高 好溯源
}
}
// 删除函数 erase 指定位置删除长度为 len 的字符串
void string::erase(size_t pos, size_t len)
{
if (len >= _size - pos)
{
// 删完了
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
size_t end = pos + len; // size_t防止int强转
while (end <= _size)
{
_str[end - len] = _str[end];
++end;
}
_size -= len;
}
}
// find查找函数 查找一个字符
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;
}
// 查找一个字符串
size_t string::find(const char* str, size_t pos)
{
const char* p = strstr(_str + pos, str); // 这里复用c里面的strstr
if (p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - _str;
}
}
//substr 截取字符串
string string::substr(size_t pos, size_t len)
{
size_t leftlen = _size - pos;
if (len > leftlen)
len = leftlen;
string tmp;// 构造tmp
tmp.reserve(len);
for (size_t i = 0; i < len; i++)
{
tmp += _str[pos + i];
}
return tmp;
}
string类——输入输出重载
剩下最后一个有点麻烦但又还好的接口
重载输入流和输出流，另外还有getline这个函数
// 输出函数是比较简单的
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
// 输入函数就有很多地方需要处理了
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear(); // 先清除s里面的内容 防止意外
// 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; // 如果输入很长的字符串 一步一步输入的话会不断扩容
char buff[N]; // 这里开一个字符数组存起来 后序直接 += 就行 大大减少了扩容一步到位
int i = 0;
char ch = in.get();
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == N - 1)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
// getline 输入字符串 直到指定字符截止
istream& getline(istream& in, string& s, char delim)
{
s.clear();
const size_t N = 1024;
char buff[N];
int i = 0;
char ch = in.get();
while (ch != delim) // 如果字符不是指定截止字符 就一直输入
{ // 不管是空格还是\n
buff[i++] = ch;
if (i == N - 1)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
整个string类的模拟实现就差不多到这里啦
总结
今天把string类模拟实现了一遍
在模拟实现过程中，发现了很多的问题
比如哪些重复且作用相同的代码，复用问题
充分利用已有的一些东西，比如std::swap，这个在拷贝构造和赋值重载的时候用的很爽
还有就是一些优化，哪些地方一直构造会费时费力，哪些地方直接复用效果会更好而且效率高
还有就是一些简单的语法知识，比如不经意间的类型强转过程会有意想不到的误区
总之，在模仿中一步一步优化，一步一步学习
借前人之鉴，涨己人之学识，加油
种一棵树最好的时间是十年前，其次是现在
作者：daily_2333
