【C++初阶】9. string类的模拟实现-Toy模板网

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了【C++初阶】9. string类的模拟实现。希望对大家有所帮助。如果存在错误或未考虑完全的地方，请大家不吝赐教，您也可以点击"举报违法"按钮提交疑问。

string类的完整实现放这里啦！快来看看吧

1. string类的成员

string类的作用就是将字符串类型实现更多功能，运算符重载，增删改查等等操作，所以其成员就包含char*的字符串

private:
		char* _str;
		size_t _capacity;
		size_t _size;

2. 构造函数

2.1 带参构造函数

在之前的学习过程中，我们了解到类中存在的六个默认函数，其中就包含默认构造函数，那么对于string类是否需要用户自己实现构造函数呢？
答案是需要的，我们需要根据字符串的长度开辟空间，也需要将字符串拷贝到开辟的空间当中

		// 带参的构造函数
		string(const char* str)
		{
			_capacity = strlen(str);
			_size = _capacity;
			_str = new char[_capacity + 1];

			strcpy(_str, str);
		}

我们的代码实现中_capacity是计算到’\0’停止，所以在堆上new的时候要加1，给’\0’预留空间

2.2 不带参构造函数

		string()
		{
			_str = new char[1];
			_str[0] = '\0';
			_capacity = _size = 0;
		}

不带参数就开辟1个字节的空间存放\0

2.3 默认缺省构造函数

		string(const char* str = "")
		{
			_capacity = strlen(str);
			_size = _capacity;
			_str = new char[_capacity + 1];

			strcpy(_str, str);
		}

对于不传参的string类初始化，则是采用默认值的方式"" 该字符串自带斜杠0

这里需要区分清楚：‘\0’ / “\0” / “” 这几种情况的区别:

'\0’是字符\0 ASCII码值为0 相当于nullptr 拿nullptr作为默认值，后面strlen直接报错

而"\0" 则是用两个\0初始化字符串

""就是单纯的\0

3. 拷贝构造函数

那么拷贝构造是否也需要用户实现呢？
答案是需要的，因为string类的构造会开辟新空间，那么要实现对空间的深拷贝就需要自己实现

		// 深拷贝
		string(const string& s)
		{
			_capacity = s._size;
			_size = _capacity;
			_str = new char[_capacity + 1];

			strcpy(_str, s._str);
		}

4. 赋值重载函数

// s1 = s3;
string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		strcpy(tmp, s._str);

		delete[] _str;
		_str = tmp;

		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}
	return *this;
}

首先要判断f赋值符号左右两边是否是同一对象，是则直接返回*this，否则再进一步操作

拓展：现代写法的拷贝构造和赋值重载

【C++初阶】9. string类的模拟实现

5. 析构函数

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

6. c_str()

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

c_str 返回的是string类中的字符串数组的地址，对于流插入(<<) 会自动识别类型，const char* 类型会以字符串的形式打印输出%s
所以，string类通常用该接口打印字符串

7. size()

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

返回当前字符串长度(不包含\0) 最好设计成size_t 类型：因为size不会出现负数的情况

8. capacity()

size_t capacity() const
{
	return _capacity;
}

返回当前字符串容量

9. operator[]

		// 普通对象：可读可写
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

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

对[]的重载，[]访问分为两种情况：普通对象(可修改数据）const对象(不可修改)
传引用返回更加高效，也可修改数据
记得assert断言，防止出现越界访问的情况

10. 迭代器的实现

迭代器的底层可能是指针，也可能不是(list等其他结构)，在string类中迭代器的底层就是char* 类型的指针

		typedef char* iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}

范围for循环的本质就是迭代器范围for自动替换成迭代器中的begin和end，如果把begin替换成Begin也无法配对(报错)
【C++初阶】9. string类的模拟实现

11. reserve() – 调整字符串容量(扩容)

当我们要进行增删改查等操作时，如果空间过小则无法继续进行，需要扩容

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

				_capacity = n;
			}
		}

实现接口的方式就是在堆上重新找一块n大小的空间，将原空间拷贝过来并释放原空间
将_str指向新空间，将_capacity置为n

12. 尾插单个字符

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}
		
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

在尾插单个字符的时候要注意，之前_size位置的元素是\0，所以在_size++之后要在将_size放入\0

13. 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);
			_size += len;
		}
			
		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}

而尾插字符串时因为str自带\0，strcpy会拷贝\0，所以_size+_len 位置就是\0，不需要单独处理

14. 在任意位置插入单个字符

【C++初阶】9. string类的模拟实现

		string& insert(size_t pos,char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_capacity == _size)
			{
				size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

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

			_str[pos] = ch;
			++_size;

			return *this;
		}

15. 在任意位置插入字符串

【C++初阶】9. string类的模拟实现

16. 删除len个字符

【C++初阶】9. string类的模拟实现

17. 查找字符/子串

【C++初阶】9. string类的模拟实现

18. 调整大小

【C++初阶】9. string类的模拟实现

19. 流插入、流提取

在之前的学习过程中，我们了解到流提取和流插入一般都不会实现成成员函数，因为istream / ostream 会抢占this指针的位置
提问：是不是流提取和流插入一定要实现成友元全局函数呢？
答：不是，全局函数是正确的(不能定义在类体内) 但是不一定要实现成友元，友元的作用是帮助我们去访问类内的成员。
【C++初阶】9. string类的模拟实现
流提取和流插入是为自定义类型而生的(C++)，printf和scanf对内置类型非常友好但是无法识别自定义类型(C语言)

所以在打印string类时还是推荐使用流插入

经过get函数的优化已经可以基本实现流提取功能，但是针对众多字符的插入采用+=操作会导致频繁扩容的情况，那么如何优化呢？