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1、基本成员变量
namespace cpp { //使用命名空间防止定义的string类与库里的string类冲突 class string { public: //…… private: char* _str; //存储字符串 size_t _size; //有效字符个数 size_t _capacity; //实际存储有效字符的空间，不包含'\0' const static size_t npos; }; const size_t string::npos = -1; }
2、默认成员函数
构造函数
这里的构造函数最好写成全缺省函数，与标准库里的构造函数相一致
//全缺省的默认构造函数 string(const char* str = "")//标准库里string定义对象的默认值为空串"" //按声明的顺序进行初始化 :_size(strlen(str)) , _capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1];//在堆上为_str开空间，+1是给'\0'留的 strcpy(_str, str);//把常量字符串的内容拷贝过去 }
析构函数
这里string类里的_str是动态开辟建立在堆中的，堆区的空间不能自动销毁因此需要我们手动去销毁。
//析构函数 ~string() { if (_str) { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } }
拷贝构造函数（深拷贝）
首先，我们不写，编译器会默认生成一个拷贝构造函数，不过是值拷贝或者浅拷贝，按字节拷贝的。
浅拷贝针对于日期类这种是非常适合的，不过对于string类这样_str是动态开辟到堆上的，如果使用值拷贝会导致1、析构两次 2、一个对象修改会影响另外一个。因此我们需要写深拷贝。
深拷贝的核心要点在于我和你的有一样的值，但是使用的不是同一块空间。
深拷贝有两种写法：传统写法和现代写法。
- 1、传统写法：
传统写法就是先开辟一块能够容纳原字符串大小的空间，最后把拷贝的对象的字符串数据拷贝到新开的空间里头即可。
//拷贝构造函数 //不能用浅拷贝，原因如下：1、析构两次 2、一个对象修改会影响另外一个 //传统写法 //s2(s1); string(const string& s) :_size(strlen(s._str)) ,_capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, s._str); }
- 2、现代方法：
传统写法是本分的自己开空间，然后再拷贝数据，而现代方法就是剥削，要完成深拷贝，自己不想干活就安排别人干活，然后窃取别人的劳动成果。
假如我拿s1去拷贝s2，现代方法就是我设定了一个tmp对象，拿s1._str的字符串作为参数去给tmp对象完成构造函数，再利用swap函数把tmp对象的_str、_size、_capacity全部与s1的交换即可完成现代方法的深拷贝。但是在这之前注意把s1的数据置空，避免交换后tmp调用析构函数出现析构随机值的错误现象。
/*现代写法*/ string(const string& s) :_str(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) { string tmp(s._str);//调用构造函数，构造一个字符串作为s.c_str的对象 swap(tmp); }
赋值运算符重载
这里和上述拷贝构造函数一样，我们不写编译器会自动生成，不过对于string类的_str来说，在堆上申请的空间需要自己去释放，否则会导致同一块空间析构两次。此深拷贝依旧有传统写法和现代写法。
- 思路：
如若我把s3赋值给s1，这里不能直接进行赋值。要考虑两个问题。
- 如若我s1的空间小于s3，此时直接拷贝过去会导致越界。
- 如若我s1的空间过分大于s3的空间，又会导致直接拷贝后空间过渡浪费。只有在我s1和s3的空间差不多大时，才可以直接进行拷贝。
综上：先把s1原先指向的空间delete释放掉，再把s1重新开辟和s3一样大的空间，记得多开一个字节，因为还有'\0'。再利用strcpy把s3的内容拷贝给s1即可。不过要避免一种特殊情况：自己给自己赋值，如若自己赋值给自己，直接返回，所以加个if条件判断即可。
如果我new开空间失败了，那么就要抛异常，而先前我依旧释放了s1，此时就把s1给破坏了。为了避免这一点，我们可以先开空间再拷贝数据最后再释放从而进行优化，具体见下文。
- 1、传统写法：
//赋值运算符重载 --> 深拷贝 //s1 = s3 s1.operator=(&s1, s3); string& operator=(const string& s) { //防止自己给自己赋值 if (this != &s) { /* //法一： //先删除原先s1的所有空间，防止赋值后s1过大导致空间浪费，s1过小导致空间不够 delete[] _str; //给s1开辟与s3等价的空间大小，要多开一字节给'\0' _str = new char[strlen(s._str) + 1]; strcpy(_str, s._str); */ //法二优化 //先开辟空间 char* tmp = new char[s._capacity + 1]; strcpy(tmp, s._str); delete[] _str; _str = tmp; _size = s._size; _capacity = s._capacity; } return *this; }C语言的动态开辟内存malloc需要检查合法性，而C++的new不需要，new失败的话需要抛异常捕获：
int main() { try { //C++new失败要抛异常捕获 //test_string1(); test_string2(); } catch (const exception& e) { cout << e.what() << endl; } return 0; }
- 2、现代写法：
这里的现代方法和上文拷贝构造的现代方法没两样，只不过多了个返回值。具体操作如下：
//现代写法1： string& operator=(const string& s) { if (this != &s)//避免自己给自己赋值 { string tmp(s._str); swap(tmp); } return *this; }这里还有另一种更加简洁的现代方法，上述写法是引用传参，这里我们可以直接传值传参，让编译器自动调用拷贝构造函数，再把拷贝出来的对象作为右值与左值交换即可。
//法二：简洁版 //s1 = s3; string& operator=(string s)//传值传参调用拷贝构造，s就是s3的深拷贝结果 { swap(s);//交换这俩对象 return *this; }不过这种简洁的版本无法避免自己给自己赋值，但很少会出现自己给自己赋值的行为，除非你有啥癖好。所以上述两种方法都可使用。
3、容量与大小相关函数
size
直接返回隐含this指针指向的_size即为字符串长度
//返回字符串的长度 size_t size() const //不改变内部成员，最好加上const { return _size; }
capacity
直接返回隐含this指针指向的_capacity即可
//返回字符串容量 size_t capacity() const //不改变内部成员，最好加上const { return _capacity; }
4、字符串访问相关函数
operator[ ]重载
有了operator[ ]运算符重载，便可以直接用下标+[ ]进行元素访问，不过这里还应提供一个const版本的operator[ ]运算符重载，以便于普通对象和const对象均可调用而不会出现权限放大的问题。
//版本1： char& operator[](size_t pos)//引用返回，便于后续修改返回的字符 { assert(pos < _size);//记得确保pos位置的合法性，不能超过字符串 return _str[pos]; //返回pos位置字符的引用 } //版本2： const char& operator[](size_t pos) const//引用返回，便于后续修改返回的字符 { assert(pos < _size); return _str[pos]; //返回pos位置字符的引用 }
迭代器
string类的迭代器就是像字符指针一样的东西
- begin函数的作用就是返回字符串中第一个字符的地址
- end函数的作用就是返回字符串最后一个字符的后一个位置的地址，即'\0'的地址
//版本1： typedef char* iterator; iterator begin() { return _str;//返回第一个有效字符的指针 } iterator end() { return _str + _size;//返回最后一个字符后一个位置的地址，即'\0'的地址 }和上文的operator[ ]重载一样，这里也要写一个const版本的迭代器，以便于后续的const对象也能够调用。
//版本2：只读，const对象可调用 typedef const char* const_iterator; const_iterator begin() const { return _str;//返回第一个有效字符的指针 } const_iterator end() const { return _str + _size;//返回最后一个字符后一个位置的地址，即'\0'的地址 }这里还有一种基于迭代器的遍历方式：范围for
范围for的底层实现原理和迭代器没两样，只不过写法看着很高端。
void test_string() { cpp::string s1("hello world"); //迭代器 cpp::string::iterator it = s1.begin(); while (it != s1.end()) { cout << *it << " "; //h e l l o w o r l d it++; } cout << endl; //范围for for (auto& ch : s1) //加上引用，相当于是每个字符的别名，便于修改 { ch -= 1; } for (auto& ch : s1) { cout << ch << " "; //g d k k n v n q k c } }
5、增加的相关函数接口
reserve扩容
reserve扩容只影响_capacity空间，不影响_size，其有以下两点规则
- 当n大于对象当前的capacity时，将capacity扩大到n或大于n。
- 当n小于对象当前的capacity时，无需操作。
//reserve扩容 void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1];//每次开空间一定要多给一个字节给'\0' strcpy(tmp, _str); //释放旧空间 delete[] _str; //把新空间赋给_str _str = tmp; //更新容量_capacity _capacity = n; } }
resize
resize是将字符串调整为n个字符的长度，不仅会改变_size，还会改变_capacity空间。规则如下：
- 如果n小于当前的_size长度，将_size缩小到n
- 如果n大于当前的_size长度，将_size扩大到n，扩大的字符默认为'\0'
//resize调整大小 void resize(size_t n, char ch = '\0') { //如果n < _size，就保留前n个字符即可，把下标n置为'\0' if (n < _size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else { //如果n > _capacity，就要扩容了 if (n > _capacity) { reserve(n); } for (size_t i = _size; i < n; i++) { //把剩余的字符置为ch _str[i] = ch; } _size = n; _str[_size] = '\0'; } }
push_back追加字符
首先要考虑需不需要扩容，如若需要，直接复用reserve函数进行增容，追加字符后，记得把最后一个下标_size对应的值置为'\0'。
//push_back void push_back(char ch) { /*法一*/ //先检查是否需要扩容 if (_size == _capacity) { //复用reserve进行扩容，如果一开始容量为0，记得处理，否则容量*2依旧为0 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } _str[_size] = ch; _size++; _str[_size] = '\0'; //注意最后一个值恒为'\0'以确保字符串的完整性 }这里我们还可使用后文写好的insert尾插字符，因为当insert函数中的pos为_size时即为尾插：
//push_back尾插字符 void push_back(char ch) { //法二：复用insert尾插入字符 insert(_size, ch); }
append追加字符串
使用append追加字符串首先要判断是否需要扩容，扩容后利用strcpy函数把追加的字符串拷贝到原字符串末尾即可，不需要额外处理'\0'，因为strcpy默认把'\0'拷贝过去。
//append void append(const char* str) { //统计追加字符串后的长度 size_t len = _size + strlen(str); //判断是否需要扩容 if (len > _capacity) { reserve(len); } //把字符串追加到末尾 strcpy(_str + _size, str); _size = len; }这里也可以使用后文的insert追加字符串来完成，因为当pos为_size时，就是在尾部追加字符串。
void append(const char* str) { //法二：复用insert函数 insert(_size, str); }
operator+=
operator+=可以追加字符、字符串、对象。因此我们可以分开来讨论：
- 追加字符：直接复用push_back
//operator+=字符 string& operator+=(char ch) { //复用push_back push_back(ch); return *this; }
- 追加字符串：直接复用append
//operator+=字符串 string& operator+=(const char* str) { //复用append append(str); return *this; }
insert
insert的作用是在指定pos位置往后插入字符或字符串。
- insert在pos位置插入字符
这里首先要判断pos的合法性，接下来就要挪动数据了，这里我们优先考虑从最后一个'\0'位置的下一个位置（_size + 1）开始往前挪动。因此定义end指向'\0'后一个位置，当end挪到与pos位置重合时停止，最后把插入的字符ch挪到下标pos处。记得最后更新_size++。
//insert插入字符 string& insert(size_t pos, char ch) { assert(pos <= _size); if (_size == _capacity) { //复用reserve进行扩容，如果一开始容量为0，记得处理，否则容量*2依旧为0 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } size_t end = _size + 1; //最好把end放到_size + 1的位置，防止后续出现整型提升等问题 while (end > pos) { _str[end] = _str[end - 1]; end--; } //当end挪动到pos的位置时停止挪动，并把ch赋到pos的下标处 _str[pos] = ch; _size += 1; return *this; }测试入下：
void test_string() { cpp::string s("hello world"); s.insert(6, '@'); s += '@'; cout << s.c_str() << endl; //hello @world@ for (auto& ch : s) { cout << ch << " "; } cout << "#" << endl; //h e l l o @ w o r l d @ # s += '\0'; for (auto& ch : s) { cout << ch << " "; } cout << "#" << endl; //h e l l o @ w o r l d @ # s.insert(0, '@'); cout << s.c_str() << endl;//@hello @world@ }
- insert在pos位置插入字符串
首先判断是否需要扩容，接下来挪动数据。定义变量end为_size + len的位置，把pos处往后的字符串整体往后挪动直至空出插入字符串的长度。利用循环+ _str[end] = _str[end - len];来完成。当end挪动到pos + len - 1时结束循环，再利用strncpy函数把插入的字符串拷贝过去即可。
//insert插入字符串 string& insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (len == 0) { //如果传进来的字符串为空，直接返回即可 return *this; } if (_size + len > _capacity) { //判断是否扩容 reserve(_size + len); } size_t end = _size + len; //当end >= pos + len时都不结束循环 while (end >= pos + len) { _str[end] = _str[end - len]; end--; } //不能使用strcpy，因为会把\0也拷过去，就会出错 strncpy(_str + pos, str, len); _size += len; return *this; }测试如下：
void test_string() { cpp::string s("hello world"); s.insert(0, "xxx"); cout << s.c_str() << endl;//xxxhello world }
6、删除的相关函数接口
erase
如果给定删除的长度len为npos无符号值，或者说len + pos的长度>=_size，那么直接把pos位置的值设定为'\0\即可，因为此时就是把pos后的所有数据全部删除。出去这种特殊情况，其余的就是从pos + len处开始先前挪动到_size + 1为止。pos后的数据往前覆盖即可。
//erase删除 void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos < _size); if (len == npos || pos + len >= _size) { //这种情况是删除pos后的所有数据，直接把pos处设定为'\0'即可 _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { size_t begin = pos + len; while (begin <= _size) { _str[begin - len] = _str[begin]; ++begin; } _size -= len; } }测试如下：
void test_string9() { cpp::string s("hello world"); s.insert(0, "xxx"); cout << s.c_str() << endl;//xxxhello world s.erase(0, 3); cout << s.c_str() << endl;//hellow world }
clear清除数据
clear函数是用来清除原字符串的所有数据，并不是连空间一并清除了，所以我们只需要把下标0置为'\0'，并把有效字符个数_size置为0即可。
//clear清除数据 void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; }
7、查找的相关函数接口
find
find函数也分查找字符和字符串
- find查找字符：
直接遍历即可：
//find查找字符 size_t find(char ch, size_t pos = 0) { for (; pos < _size; pos++) { if (_str[pos] == ch) return pos; } //没找到就返回npos，-1 return npos; //-1 }
- find查找字符串：
这里可以直接复用C语言的strstr函数进行查找，不过该函数返回的是地址，想要获得最终的下标直接利用地址相减即可，p - _str
size_t find(const char* str, size_t pos = 0) { //直接复用C语言库函数strstr即可，strstr函数返回的是地址 const char* p = strstr(_str + pos, str); if (p == nullptr) { return npos; } else { //返回下标直接用p - str即可 return p - _str; } }
8、c_str获取字符串
c_str用于获取c类型的字符串，直接返回字符串即可
//c_str 获取c形式的字符串 const char* c_str() const //最好加上const，便于普通及const对象均可调用 { return _str; }
9、swap交换函数
swap函数用于交换两个对象的数据，我们可以通过复用库里的swap函数来完成，但是要在前面加上作用域限定符"::"。让编译器在全局域的库里调用swap函数。
//swap交换函数 void swap(string& s) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std::swap(_capacity, s._capacity); }
10、非成员函数
关系运算符函数重载
关系运算符有==、!=、<、<=、>、>=这6类，先前的日期类已经讲解过类似的。这里关系运算符重载我们不把它放到成员函数里头。
- 1、operator<
直接借用库函数strcmp进行字符串大小比较即可。此外，和日期类一样，写好了<和==的重载，剩下的4个关系运算符直接复用即可。
//1、operator< bool operator<(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0; } //2、operator== bool operator==(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0; }剩下4个关系运算符复用上面两个：
//3、operator<= bool operator<=(const string& s1, const string& s2) { return s1 < s2 || s1 == s2; } //4、operator> bool operator>(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 <= s2); } //5、operator>= bool operator>=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 < s2); } //6、operator!= bool operator!=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 == s2); }
<<流插入运算符重载
这里我们可以通过范围for来完成<<运算符的重载
//<<流插入运算符重载 ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) { for (auto ch : s) { out << ch; } return out; }
>>流提取运算符重载
这里实现的过程种要注意当遇到空格或换行符时就要停止读取了。此外，在一开始要记得调用clear函数把原字符串的所有数据给清空，然后才能正常往后输入新的数据，否则新数据会累加到原数据后面，就不是>>预期的效果了。
//>>流提取运算符重载 istream& operator>>(istream& in, string& s) { 法一： //要先把原字符串的所有数据给清空才可以输入新的数据，否则会累加到原数据后面，出错 s.clear(); char ch; ch = in.get();//使用get()函数才能获取空格或者换行字符 while (ch != ' ' && ch != '\n') { s += ch; ch = in.get(); } return in; }这里有个缺陷，如若频繁输入大量字符，那么就会多次扩容，扩容也会在效率上有所损耗，因此我们可以提前开辟一个128字节大小的数组，把每次输进的字符放到数组里头，最后当遇到停止的符号时，+=到字符串s上，如若下标加到127，把数组的字符+=到字符串s上，并充值数组为'\0'，更新下标为0即可。以此类推。
//>>流提取运算符重载 istream& operator>>(istream& in, string& s) { //法二： //要先把原字符串的所有数据给清空才可以输入新的数据，否则会累加到原数据后面，出错 s.clear(); char ch; ch = in.get();//使用get()函数才能获取空格或者换行字符 char buff[128] = { '\0' }; size_t i = 0; while (ch != ' ' && ch != '\n') { buff[i++] = ch; if (i == 127) { s += buff; memset(buff, '\0', 128); i = 0; } ch = in.get(); } s += buff; return in; }
getline函数
getline函数与上述写的<<流提取运算符重载非常相似，唯一不同的地方在于getline只有在遇到换行符才停止读取，而<<在遇到换行符停止外，遇到空格也会停止读取，因此，在<<的基础上改变下if种的判断条件即可：
//getline函数 istream& getline(istream& in, string& s) { s.clear(); char ch; ch = in.get(); //getline函数只有在遇到换行符才会停止 while (ch != '\n') { s += ch; ch = in.get(); } return in; }测试如下：
11、源码链接
gitee仓库一键传送：string类的模拟实现完整版链接