string模拟实现:

这篇具有很好参考价值的文章主要介绍了string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模拟实现:

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

上一篇博客,我们对String类有了一个基本的认识,本篇博客我们来从0~1去模拟实现一个String类,当然我们实现的都是一些常用的接口。


❓我们这里定义了一个string类型,然后STL标准库里面也有string,两个名字一样我们分不清楚怎么办呢?

  • 为了跟库的string区分开,我们可以定义一下命名空间
namespace st
{
	class string
	{
	public:

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

有了类的成员变量,我们需要对这些成员变量进行初始化和释放,我们来写一下string的构造函数和析构函数

首先来观察一下string类的成员变量,string类有三个成员变量_str(字符指针)、__size和 _capacity。

_size和 _capacity都比较容易初始化,直接置为0就好。

_str作为字符指针比较麻烦,具体的原因往下看!

1深浅拷贝:

我们来写一下我们自己string类的构造和析构函数

class string
	{
	public:
    string(const char* str)
			:_str(str)
            ,_size(str._size)
			, _capacity(str._capacity)
            {}
    private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
}

❓上面这种构造函数我们调用的时候是否能编译通过呢?

💡这是不行的,因为你初始化这个 string 时,比如我们通常情况会这么写:string s1("hello world");

❓我们为string的初始化提供构造函数,这里为什么报错呢?

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

💡原因是这里权限放大了,str是一个const char *类型,而_str只是一个char * 类型,这里赋值过来会直接权限放大报错了,同理可得:常量字符串是不可以直接赋值给char *类型的(char*b="bcd";)

解决方法将_str也设为const char*就好啦

  • 🔥const char*类型这里是只允许读,不允许写的

但是我们写的String类需要有增删查改的功能,因此上述的写法不可以的

我们可以这样写:

string(const char* str)
    : _str(new char[strlen(str) + 1]) {    // 开strlen大小的空间
    strcpy(_str, str);
}
  • 🔥strlen函数是计算字符串的有效长度,是不含\0的!!!!!

我们这里strlen+1是为了给字符串的\0预先留一个位置的

析构函数:

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

拷贝构造函数:

void TestString()
{
	String s1("hello xiaolu!!!");
	String s2(s1);
}

我们来运行一下,通过s1来拷贝构造s2

🚩 运行结果如下:

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

❓这里显示strcpy是unsafe(不安全的)的,这是为什么呢?如何解决呢?(当前完整代码如下)

#include<string.h>
namespace xiaolu
{
	class string
	{
	public:
		string(const char* str)
			: _str(new char[strlen(str) + 1])
		{    // 开strlen大小的空间
			strcpy(_str, str);
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
	void TestString()
	{
		string s1("hello xiaolu!!!");
		string s2(s1);
	}
}
int main()
{
	xiaolu::TestString();
	return 0;
}

🔑详细解析:

首先我们先来了解一下strcpy函数,strcpy函数是一个值拷贝函数,她将hello xiaolu的字符一个一个按字节拷贝到s1

这里其实不是strcpy函数的问题,而是

string s2(s1);这里是发生拷贝构造,而这里我没有写拷贝构造,因此编译器调用的就是默认拷贝构造,也就是浅拷贝,因为_str是char*类型,它发生值拷贝将地址直接拷贝过去,因此s1和s2指向同一块地址

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

解决方法:我们这里写一个拷贝构造,来进行深拷贝!

因为这里涉及到深浅拷贝的问题,因此我们来探讨一下深浅拷贝:

深浅拷贝的区别:

简单来说:

  • 🔥浅拷贝就是编译器自己执行值拷贝(按照字节,一个一个字节拷贝)

举个例子

当发生拷贝的是指针,编译器会将指针的4个字节依次拷贝另外一个变量,这样会导致两个变量指向一个地址,而当delete的时候,这一块地址会被释放两次地址,就会报错了!!!

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

当一个类有动态内存的时候,类的拷贝有构造函数、赋值运算符重载以及析构函数基本上不可以用浅拷贝,会出现上面的问题,要用到深拷贝。

  • 🔥深拷贝:深拷贝就是让编译器按照我们的想法进行拷贝或者赋值,一般来说是(开一块一样大的空间,再把数据拷贝下来,指向我自己开的空间)

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

我们自己需要写一个string的深拷贝:

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

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

void TestString()
	{
		string s1("hello xiaolu!!!");
			string s2;
			s2 = s1;
	}

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

这里的我们没有提供默认的构造函数,当我们需要创建一个新的空白的string对象的时候,就会报错,我们可以给构造函数提供缺省值

string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

深拷贝的常用情景,不止经常在拷贝构造,在赋值下也很经常!

赋值的深拷贝:

赋值的深拷贝思路跟拷贝构造一样是否可以呢?他们都是拿一个已有的变量来定义一个新的变量

string& operator=(const string& str)
		{
			delete[] _str;                        
		_str = new char[strlen(str._str) + 1];  
		strcpy(_str, str._str);                
		}

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

显然这里报错了,我们来分析一下:

🔑详细解析:

这里我们先释放了原来的_str,然后new了一块新的对象,再strcpy

首先我们new了一块新的空间,new失败了会怎么样?

会抛异常!抛异常!抛异常!无关紧要

失败了没问题,也不会走到 strcpy,但问题是我们已经把原有的空间释放掉了,

神不知鬼不觉地,走到析构那里二次释放可能会炸,所以我们得解决这个问题!

我们将开辟空间的步骤提前,然后释放向后移动

string& operator=(const string& str)
		{
			if (&str == this)
				return *this;//防止自己给自己赋值
			char* tmp = new char[str._capacity + 1];//防止开辟失败
			strcpy(tmp, str._str);
			delete[] this->_str;
			_str = tmp;
			_size = str._size;
			_capacity = str._capacity;
			return *this;
		}

再提供一种相对现代一点的写法:

String& operator=(String s)
 {
 swap(_str, s._str);
 return *this;
 }

写时拷贝

在我们经常使用的STL标准模板库中的string类,也是一个具有写时才拷贝技术的类。C++曾在性能问题上被广泛地质疑和指责过,为了提高性能,STL中的许多类都采用了Copy-On-Write技术。这种偷懒的行为的确使使用STL的程序有着比较高要性能。

Copy-On-Write一定使用了“引用计数”,是的,必然有一个变量类似于RefCnt。当第一个类构造时,string的构造函数会根据传入的参数从堆上分配内存,当有其它类需要这块内存时,这个计数为自动累加,当有类析构时,这个计数会减一,直到最后一个类析构时,此时的RefCnt为1或是0,此时,程序才会真正的Free这块从堆上分配的内存。

是的,引用计数就是string类中写时才拷贝的原理


2.string类常用接口的实现:

size()和capacity()

size_t size()const
{
	return  _size;
}
size_t capacity()const
{
	return  _capacity;
}

clear函数

对于 clear() 而言就是去清除当前对象的数据,我们直接在_str[0]这个位置放上一个\0即可,并且再去修改一下它的_size = 0即可

  • 不过这个接口来说我们不要去加【const成员】,因为修改了其成员变量_size
void clear()
{
	_str[0] = '\0';
	_size = 0;
}

c_str函数

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

返回一个指向数组的指针,该数组包含一个以空字符结尾的字符序列(即C-string),表示string对象的当前值。

这个数组包含的字符序列与string对象的值相同,另外还包含一个以空字符(‘\0’)结尾的字符串。

  • 🔥c_str返回的是一个const char*的数组指针,只读不写
const char* c_str()const
{
	return _str;
}

❓调试到这个地方就直接崩了,不应该直接打印null吗?

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

image-20230601110201130如果我们换成std中的string,不会报错,说明我们初始化存在问题

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

namespace st
{
	class string
	{
	public:
		string()
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{}
		string(const char* str)
			:_str(str)
			, _size(strlen(str))
			, _capacity(strlen(str))
		{}
		const char* c_str()
		{
			return _str;
		}
	private:
		const char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
	void test_string1()
	{
		string s1;
		string s2("hello world");
		std::cout << s1.c_str() << std::endl;
		std::cout << s2.c_str() << std::endl;
	}
}
int main()
{
	st::test_string1();
	return 0;
}

2.1全缺省构造函数

我们还要考虑不带参数的构造函数,如下:

void test_string1() {
	string s1("hello world");    // 带参
	string s2;                   // 不带参
}

当我们要给一个空的字符串定义时,s2应该是‘\0’,我们可以直接在缺省值上设置

string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

🔥这里值得注意的是缺省值,我们给了一个“”

🔑详细解析:

str是一个char*类型,正常情况下,我们会给缺省值为nullptr

string(const char* str = nullptr)

这里运行后会崩!!!

strlen是不会去检查空的,它是一直找到 \0为止的

也就相当于直接对这个字符串进行解引用了,这里的字符串又是空,所以会引发空指针问题。

所以我们这里给的是一个空的字符串 " ",常量字符串默认就带有 \0,这样就不会出问题:

string(const char* str = "")

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

❓为什么我们用new char[1]而不是直接用new char,都是一个啊为什么啊?

🔥为了跟有参构造那里匹配析构函数,这样就方便释放

string()
			:_str(new char[1])
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			_str[0] = '\0';
		}
		string(const char* str)
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

❓这里可以优化吗?

string(const char*str=nullptr)
string(const char* str = '\0')

🔑详细解析:

这两个都不可以,不可以解引用空指针

string(const char* str = "\0")

这样是可以的,给常量字符串,但是没必要这样,可以下面这样

string(const char* str = "")

如果我们不写拷贝构造函数,默认生成了一个拷贝构造函数,会报错!

void test_string2()
	{
		string s1;
		string s2("hello world");
		 
		string s3(s2);
		std::cout << s1.c_str() << std::endl;
		std::cout << s2.c_str() << std::endl;
		std::cout << s3.c_str() << std::endl;
	}

这里发生浅拷贝,同一块空间会被释放两次

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

2.2拷贝构造函数

2.3operator[]的实现

❓[]重定向,这里有什么问题呢?

char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
//成员变量
private:
		const char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;

普通对象可以调用,但是 const 对象呢?所以我们还要考虑一下 const 对象。

我们可能会修改pos位置的字符,也可能加字符,这里会报错,因为str为const char*类型

const char& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		char& operator[](size_t pos)//构成函数重载
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

2.4operator=的实现及其必要性

赋值的话,不写拷贝构造的话也是值拷贝(浅拷贝)

s1 = s3;

下图拷贝构造分为三种:

第一种:s1的空间和s3的空间一样大

第二种:s1的空间比s3的空间大

第三种:s1的空间比s3的空间小

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

显然:这里第三种情况内存不够,要先释放防止内存泄漏,第二种是内存浪费,干脆全部都重新开空间就好了

string& operator=(const string& str)
		{
			if (&str == this)
				return *this;//防止自己给自己赋值
			char*tmp = new char[str._capacity + 1];//防止开辟失败
			strcpy(tmp, str._str);
			delete[] this->_str;
			_str = tmp;
			_size = str._size;
			_capacity = str._capacity;
			return *this;
		}

2.5Print函数

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

这里权限放大了

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

const函数,修饰this指针,但是这样另外一个地方又报错了

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

构成函数重载就可以解决问题了,各调用各的,这里调用第二个就可以了,this没有const修饰,并且返回类型没有const,就可以进行++等修改操作了

const char& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
	    char& operator[](size_t pos)//构成函数重载
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

3.迭代器的实现

我们先来看看STL库中的string类的迭代器

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

3.1begin和end的实现

typedef char* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _str;
		}
		iterator end()
		{//返回迭代器最后一个位置的下一个位置
			return _str + _size;
		}

3.2迭代器的扩展引用——范围for

for (auto ch : s1)
		{
			std::cout << ch << " ";
		}
		std::cout << std::endl;

这里可以支持范围for,范围for的底层是迭代器实现的

🔥范围for遇上const类型的对象,会报错,因此要提供const迭代器

typedef const char* const_iterator;

const迭代器,自己可以修改,指向的对象不可以修改,有点像const指针

4.一些常用的运算符重载

bool operator>(const string&str)
		{
			return strcmp(_str, str._str) > 0;
		}
		bool operator==(const string& str)
		{
			return strcmp(_str, str._str) == 0;
		}
		bool operator>=(const string& str)
		{
			return *this > str || *this == str;
		}
		bool operator<(const string& str)
		{
			return !(*this >= str);
		}
		bool operator<=(const string& str)
		{
			return !(*this > str);
		}

5.string类的增删查改

5.1reserve函数

reserve是一个增容函数

我们先来实现一下reserve函数,再来检验一下实用性

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

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5.2push_back函数

这是一个增加字符到字符串的函数

首先检查是否需要增容,如果需要就调用我们上面实现的 reserve 函数,

参数传递可以用三目操作符,防止容量是0的情况,0乘任何数都是0从而引发问题的情况。

然后在 \0 处插入要追加的字符 append_ch,然后 _size++ 并手动添加一个新的 \0 即可。

void push_back(char ch)
		{
			if (_size + 1 > _capacity)
			{
				reserve(_capacity * 2);
			}
			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';
		}

5.3append函数

append函数是追加字符串的函数

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

5.4 operator+= 的实现

比起push_back和append函数,我们更加喜欢用+=运算符来追加字符串或字符

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

5.5insert函数

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

🔥如果npos是const可以在类内初始化,这种情况只能出现在整形的情况,double不可以

static const size_t npos=-1;

但是不推荐这样写,推荐老老实实写,这里语法有点冲突,但是不会报错

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

void insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_size + 1 > _capacity)
			{
				reserve(2 * _capacity);
			}
			size_t end = _size;//size_t是一个无符号整数
			while (end >= pos)
			{
				_str[end + 1] = _str[end];
				--end;
			}
			_str[pos] = ch;
			++_size;
		}

🔑详细解析:

上面代码是错的,end是一个无符号整数,-1的话变为max-1了,这里是等号两边的类型不同,会发生整形提升,有符号会变成无符号的

string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 3 : 2 * _capacity;
				reserve(newcapacity);
			}
			//int cur = pos;
			size_t end = _size + 1;//size_t是一个无符号整数

			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)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 3 : 2 * _capacity;
				reserve(newcapacity);
			}
			size_t str_cur = 0;//str的下标
			size_t end = _size + 1;

			return *this;
		}

5.6resize函数

n有三种情况

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n <= _size)
			{
				_size = n;
				_str[n] = '\0';
			}
			else 
			{
				if (n > _capacity)
				{
					reserve(n);
				}
				size_t i = _size;
				while (i < n)
				{
					_str[i] = ch;
					++i;
				}
				_size = n;
				_str[n] = '\0';
			}
		}

5.7erase函数

erase的三种情况

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端

	string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			if (pos + len >= _size || len == npos)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= len;
			}
			return *this;
		}

5.8find函数

	size_t find( char ch,size_t pos=0)
		{
			assert(pos < _size);
			for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
			{
				if (_str[i] == ch)
					return i;
			}
			return npos;
		}
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
		{
			assert(pos < _size);
			char* p = strstr(_str + pos, str);
			if (p == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return p - _str;
			}
		}
在这里插入代码片

string模拟实现:,C++,剖析STL,数据库,c++,后端文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-634964.html

到了这里,关于string模拟实现:的文章就介绍完了。如果您还想了解更多内容,请在右上角搜索TOY模板网以前的文章或继续浏览下面的相关文章,希望大家以后多多支持TOY模板网!

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    目录 前言 常见接口模拟实现 默认成员函数 1.构造函数 2.析构函数 3.拷贝构造函数 4.赋值运算符重载 迭代器 简单接口 1.size() 2.c_str() 3.clear() 操作符、运算符重载 1.操作符[] 2.运算符== 3.运算符 扩容接口 1.reserve() 2.resize() 增删查改接口 1.push_back() 2.append() 3.运算符+= 4.insert() 5.

    2024年02月15日
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  • 【C++进阶(二)】STL大法--vector的深度剖析以及模拟实现

    💓博主CSDN主页:杭电码农-NEO💓   ⏩专栏分类:C++从入门到精通⏪   🚚代码仓库:NEO的学习日记🚚   🌹关注我🫵带你学习C++   🔝🔝 和string的学习不同 vector即要掌握它的用法 更要会自己去实现一个vector 本章重点: 熟悉STL库中vector的接口函数 自己实现一个简易vector类 本

    2024年02月11日
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