【C++】string的模拟实现

string底层是一个字符数组
为了跟库里的string区别，所以定义了一个命名空间 将string类包含

1. string的模拟实现

1.构造函数

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{
    
    
    class string
    {
    
    
    public:
    string()//无参构造函数
        //初始化列表
        :_str(nullptr)
        ,_size(0)
        ,_capaicty(0)
    {
    
    

    }
    string(const char*str)//带参构造函数
        :_str(str),
         _size(strlen(str)),
        _capaicty(strlen(str))
    {
    
    

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

    };
    void test()
    {
    
    
        string s1;
        string s2("hello world");
    }
}
    

若写成两个构造函数，一个设置成无参，一个设置成带参，若调用如上的带参构造函数就会报错，将str传给_str，属于权限放大，
为了解决这个问题，可以将_str改为const char*类型，但是无法修改_str所指向的内容，调用operator[]函数就会报错

使用new开辟空间

因为后续要考虑扩容等问题，所以最好是new一块空间
而无参的构造函数为了保持析构都用delete[]，所以使用new[]

优化成全缺省的构造函数

• 不可以将缺省值设置成nullptr，strlen(str)对于str指针解引用，遇到’\0’终止，解引用NULL会报错
• 将缺省值设置成一个空字符串，结尾默认为’\0’

string(const char* str="")//构造函数

			:_size(strlen(str))
		{
    
    
			if (_size == 0)
			{
    
    
				_capaicty = 3;
			}
			else
			{
    
    
				_capaicty = _size;
			}
			_str = new char[_capaicty + 1];
			strcpy(_str, str);

		}

2. C_str

	 const char* C_str()//返回const char*类型的指针 
	{
    
    
		 return  _str;
	}

返回const char*类型的指针相当于返回字符串

3. operator[]

  char& operator[](size_t pos)//operator[]
     {
    
    
         return _str[pos];
     }
      char& operator[](size_t pos)const //函数重载
      {
    
    
          return _str[pos];
      }

• 由于可能存在 string与const string类型所以设置成两个函数构成函数重载

调用函数print 需要使用operator[ ]const
而正常遍历 s[i] ，需要调用 operator [ ]

4.拷贝构造

浅拷贝

拷贝构造函数如果不写编译器会自动生成，对于内置类型完成值拷贝或者浅拷贝

• 若使用编译器自动生成的拷贝构造就会报错

---

s2与s3发生浅拷贝，导致两个指针都指向同一块空间，一个修改会影响另一个，会析构两次空间

---

深拷贝

创建一块同样大小的空间，并将原来的数据拷贝下来，这样就是s2与s3指向各自的空间，一个被修改也不会影响另一个

string(const string& s)//拷贝构造
            :_size(s._size),
            _capaicty(s._capaicty)
        {
    
    
            _str = new char[_capaicty + 1];//开辟一块空间
            strcpy(_str, s._str);//将s2拷贝给s1
        }

5. 赋值

赋值运算符也是默认成员函数，如果不写会进行浅拷贝/值拷贝

三种情况

• 正常赋值会存在以下是那种情况
  
• 若为第一种两者空间大小相同，则进行值拷贝
• 若为第二种s1的空间远大于s2的空间，进行值拷贝会浪费空间，所以系统会按照第三种做法执行
• 若为第三种，s1的空间太小，需要new开辟一块空间，将旧空间销毁，将s2拷贝到新开辟的空间
• 编译器不会这样处理，直接将旧空间释放，再去开新空间，并将值拷贝过来

    string& operator=(const string& s)//赋值 s1=s3
        {
    
    
            if (this != &s)//排除赋值本身的情况
            {
    
    
                char* tmp = new char[s._capaicty + 1];
                strcpy(tmp, s._str);
                delete[] _str;
                _str = tmp;
                _size = s._size;
                _capaicty = s._capaicty;
            }
                return *this;
        }

若释放旧空间，如果new失败了，则破坏原有空间
所以使用一个临时变量tmp接收开辟的空间，
如果new成功将tmp传给_str，若new失败也不会破坏s1空间

6. 迭代器

typedef char* iterator;
        typedef const char* const_iterator;
        iterator begin()
        {
    
    
            return _str;
        }
        iterator end()
        {
    
    
            return _str + _size;
        }
        
        iterator begin()const //指针指向的内容不能被修改
        {
    
    
            return _str;
        }
        iterator end()const
        {
    
    
            return _str + _size;
        }

使用typedef 分别将用iterator代替 char*
const_iterator代替 const char*

7.比较(ASCII值)大小

bool operator==(const string& s)const //s1==s2
      {
    
    
          return strcmp(_str, s._str)==0;
      }
      bool operator<(const string& s)const //s1<s2
      {
    
    
          return strcmp(_str, s._str) < 0;
      }
      bool operator<=(const string& s)const //s1<=s2
      {
    
    
          return *this < s || *this == s;
      }
      bool operator>(const string& s)const //s1>s2
      {
    
    
          return !(*this <= s);
      }
      bool operator>=(const string& s)const //s1>=s2
      {
    
    
          //复用
          return *this > s || *this == s;
      }
      bool operator!=(const string& s)const //s1!=s2
      {
    
    
          return !(*this == s);
      }

• 通过C语言函数strcmp，比较字符串从头开始字符的ASCII值，再通过复用来实现剩下的
• 如果不小心在复用时将const修饰的传给非const成员就会报错，所以括号外面加上const，修饰this指针

8. reserve(扩容)

 void reserve(size_t n)//开辟空间
	  {
    
    
		  if (n > _capacity)//防止缩容的问题
		  {
    
    
			  char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'
			  strcpy(tmp, _str);
			  delete[]_str;
			  _str = tmp;
			  _capacity = n;//计算有效
		  }
	  }

reserve主要实现类似扩容的操作

为了防止new失败，所以使用临时变量tmp指向new出来的空间，若new成功，释放旧空间，并将_str指向新空间

9. push_back(尾插字符)

void push_back(char ch)//尾插字符
      {
    
    
          if (_size + 1 > _capaicty)
          {
    
    
              reserve(2 * _capaicty);//开辟2倍空间
          }
          _str[_size] = ch;
          _size++;
      }

• 通过reserve进行类似扩容的操作，再将ch赋值给当前最后一个字符

10. append(尾插字符串)

void append(const char* str)//尾插 字符串
      {
    
     
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capaicty)
          {
    
    
              reserve(_size + len);
          }
          strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串
          _size += len;
      }

通过reserve类似扩容的操作，扩大了字符串长度的空间，并且在原字符串’\0’的位置开始拷贝str字符串

11. +=(字符/字符串)

string& operator+=(char ch)//+= 字符
	  {
    
    
		  push_back(ch);
		  return *this;
	  }
	  string& operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载
	  {
    
    
		  append(str);
		  return *this;
	  }

使用使用上面实现好的push_back和append

12. insert

在pos位置前插入字符ch

 void insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch
      {
    
    
          if (_size + 1 > _capacity)//扩容
          {
    
    
              reserve(2 * _capacity);
          }
          size_t end = _size + 1;//'\0'的下一个位置
          while (end > pos)
          {
    
    
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end - 1];
              end--;
           }
          _str[pos] = ch;
          _size++;
      }

由于pos与end都是size_t类型，没有负数
所以当while循环条件设置为end>=pos并且pos=0时，end–，end变为负数，计算的是其补码，所以一直成立，无法结束循环

把前面的传给后面的，当end下标为1时，end-1的下标为0，循环结束

在pos位置前插入字符串str

 void insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str
      {
    
    
          int len = strlen(str);
          if (_size + len > _capacity)//扩容
          {
    
    
              reserve(_size + len);
          }
          size_t end = _size + len;
          while (end > pos+len-1)
          {
    
    
              //把前面传给后面
              _str[end] = _str[end-len];
              end--;
          }
          strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'
          _size += len;
      }

临界条件为保证最后一次下标end减去len,在下标为0的位置上，所以取边界为pos+len
end>pos+len-1 ，最后一次取值即为pos+len
使用strncpy函数，不包含’\0’，将str拷贝给_str+pos下标位置开始的len个字符

13 .resize

void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化
      {
    
    
          if (n <= _size)//删除数据保留前n个
          {
    
    
              _size = n;
              _str[n] = '\0';
          }
          else //n>_size
          {
    
    
              if (n >_capacity)//扩容
              {
    
    
                  reserve(n);
              }
              int i = _size;
              while (i < n)//剩余空间初始化为ch
              {
    
    
                  _str[i] = ch;
                  i++;
              }
              _size = n;
              _str[_size] = '\0';
          }
      }

分为三种情况
n<size 删除数据
size<n<capacity 剩余空间初始化
n>capacity 扩容+初始化

14. erase

• pos位置开始删除len个数据

 static const size_t npos = -1;
      string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据
      {
    
    
          if (len==npos||pos+len>=_size)
          {
    
    
              //全部删除
              _str[pos] = '\0';
              _size = pos;
          }
          else
          {
    
    
              strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'
              _size -= len;
          }
          return *this;
      }

• pos处于下标为2的位置上，共有两种情况

• 当pos+len<总长度时，使用strcpy函数拷贝，从而覆盖删除要被删除的字符

• 当pos+len大于总长度或者len等于npos时，剩余长度全部删除

15. 流插入<<

• 流插入重载必须实现为友元函数么？
• 不对，使用友元函数是为了在类外面调用类的私有的成员变量，若不需要调用则不用友元函数

    ostream& operator<<(ostream& out, const string&s)
    {
    
    
        int i = 0;
        
        for (i = 0; i < s.size(); i++)
        {
    
    
            out << s[i] << " ";
        }
        return out;
    }

实现流插入不可以调用C_str()，因为C_str()返回的是一个字符串，遇见’\0’就会结束，但若打印结果有好几个’\0’，则遇见第一个就会结束，不符合预期

16. 流提取 >>

输入多个值，C++规定 空格/换行是值与值之间的区分

istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>
    {
    
    //错误写法
        char ch;
        in >> ch;
        while (ch != ' ' && ch != '\n')
        {
    
    
            s += ch;
            in >> ch;
        }
        return in;
    }

• 上述代码在循环中无法找到空格/换行，导致循环无法停止
• 输入的数据在缓冲区中，使用循环在缓冲区中提取数据，但是空格/换行不在缓冲区中,因为认为它是多个值之间的间隔
• 使用get就不会认为空格/换行是多个值之间的间隔，若遇见空格/换行就会存储缓冲区中等待提取

---

istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>
    {
    
    
        s.clear();
        char ch = in.get();
        char buf[128];
        size_t index = 0;
        while (ch != ' ' && ch != '\n')
        {
    
    
            buf[index++] = ch;
            if (index == 127)//为了防止频繁扩容
            {
    
    
                buf[127] = '\0';
                s += buf;
                index = 0;
            }
            ch = in.get();
        }
        if (index != 0)
        {
    
    
            buf[index] = '\0';
            s += buf;
        }
        return in;
    }

• 当需要输入的string对象中有值存在时，需要先使用clear清空，再输入新的数据
• 为了避免频繁扩容，使用一个128的字符数组接收，若输入的数据比128小，跳出循环将数组中的数据传给string类s，若输入的数据比128大，则将字符数组整体传给string类s，再正常扩容

2. 整体代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{
    
    
	class string
	{
    
    
	public:
	//string()//无参构造函数
	//	//初始化列表
	//	:_str(new char[1])//为了析构都是用delete[]，匹配使用
	//	,_size(0)
	//	,_capaicty(0)
	//{
    
    
	//	_str[0] = '\0';
	//}
	//string(const char*str)//带参构造函数
	//	
	//	 :_size(strlen(str))
	//{
    
    
	//     _capaicty = _size;
	//	 _str = new char[_capaicty+1];//因为有'\0'的存在所以多开一个空间
	//	 strcpy(_str, str);//拷贝
	//}
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		iterator begin()
		{
    
    
			return _str;
		}
		iterator end()
		{
    
    
			return _str + _size;
		}
		
		iterator begin()const 
		{
    
    
			return _str;
		}
		iterator end()const
		{
    
    
			return _str + _size;
		}

		string(const char* str="")//构造函数

			:_size(strlen(str))
		{
    
    
			if (_size == 0)
			{
    
    
				_capacity = 3;
			}
			else
			{
    
    
				_capacity = _size;
			}
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);

		}

		string(const string& s)//拷贝构造
			:_size(s._size),
			_capacity(s._capacity)
		{
    
    
			//深拷贝
			_str = new char[_capacity + 1];//开辟一块空间
			strcpy(_str, s._str);//将s2的值传给s1
		}

		string& operator=(const string& s)//赋值 s1=s3
		{
    
    
			if (this != &s)//排除赋值本身的情况
			{
    
    
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
				return *this;
		}

		size_t size()const
		{
    
    
			return _size;
		}

	 const char* C_str()//返回const char*类型的指针 
	{
    
    
		 return  _str;
	}
    
	  char& operator[](size_t pos)//operator[]
	 {
    
    
		 return _str[pos];
	 }
	  char& operator[](size_t pos)const //函数重载
	  {
    
    
		  return _str[pos];
	  }

	  bool operator==(const string& s)const //s1==s2
	  {
    
    
		  return strcmp(_str, s._str)==0;
	  }
	  bool operator<(const string& s)const //s1<s2
	  {
    
    
		  return strcmp(_str, s._str) < 0;
	  }
	  bool operator<=(const string& s)const //s1<=s2
	  {
    
    
		  return *this < s || *this == s;
	  }
	  bool operator>(const string& s)const //s1>s2
	  {
    
    
		  return !(*this <= s);
	  }
	  bool operator>=(const string& s)const //s1>=s2
	  {
    
    
		  //复用
		  return *this > s || *this == s;
	  }
	  bool operator!=(const string& s)const //s1!=s2
	  {
    
    
		  return !(*this == s);
	  }

	  void reserve(size_t n)//开辟空间
	  {
    
    
		  if (n > _capacity)//防止缩容的问题
		  {
    
    
			  char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'
			  strcpy(tmp, _str);
			  delete[]_str;
			  _str = tmp;
			  _capacity = n;//计算有效
		  }
	  }

	  void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化
	  {
    
    
		  if (n <= _size)//删除数据保留前n个
		  {
    
    
			  _size = n;
			  _str[n] = '\0';
		  }
		  else //n>_size
		  {
    
    
			  if (n >_capacity)//扩容
			  {
    
    
				  reserve(n);
			  }
			  int i = _size;
			  while (i < n)
			  {
    
    
				  _str[i] = ch;
				  i++;
			  }
			  _size = n;
			  _str[_size] = '\0';
		  }
	  }

	  void push_back(char ch)//尾插字符
	  {
    
    
		  if (_size + 1 > _capacity)
		  {
    
    
			  reserve(2 * _capacity);//开辟2倍空间
		  }
		  _str[_size] = ch;
		  _size++;
		  //ch是一个字符，所以用单独处理'\0'
		  _str[_size] = '\0';
	  }

	  void append(const char* str)//尾插 字符串
	  {
    
     
		  int len = strlen(str);
		  if (_size + len > _capacity)
		  {
    
    
			  reserve(_size + len);
		  }
		  strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串
		  _size += len;
		  //str是一个字符串，本身带'\0'
	  }

	  string& operator+=(char ch)//+= 字符
	  {
    
    
		  push_back(ch);
		  return *this;
	  }
	  string& operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载
	  {
    
    
		  append(str);
		  return *this;
	  }

	  string& insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch
	  {
    
    
		  if (_size + 1 > _capacity)//扩容
		  {
    
    
			  reserve(2 * _capacity);
		  }
		  size_t end = _size + 1;
		  while (end > pos)
		  {
    
    
			  //把前面传给后面
			  _str[end] = _str[end - 1];
			  end--;
		   }
		  _str[pos] = ch;
		  _size++;
		  return *this;
	  }

	  string& insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str
	  {
    
    
		  int len = strlen(str);
		  if (_size + len > _capacity)//扩容
		  {
    
    
			  reserve(_size + len);
		  }
		  size_t end = _size + len;
		  while (end > pos+len-1)
		  {
    
    
			  //把前面传给后面
			  _str[end] = _str[end-len];
			  end--;
		  }
		  strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'
		  _size += len;
		  return *this;
	  }

	  static const size_t npos = -1;
	  string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据
	  {
    
    
		  if (len==npos||pos+len>=_size)
		  {
    
    
			  //全部删除
			  _str[pos] = '\0';
			  _size = pos;
		  }
		  else
		  {
    
    
			  strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'
			  _size -= len;
		  }
		  return *this;
	  }

	  void swap(string &s)//交换
	  {
    
    
		  std::swap(_str, s._str);
		  std::swap(_capacity, s._capacity);
		  std::swap(_size, s._size);
	  }

	  size_t find(char c, size_t pos =0)
	  {
    
    
		  int i = 0;
		  for (i = pos; i < size(); i++)
		  {
    
    
			  if (_str[i] == c)
			  {
    
    
				  return i;
			  }
		  }
		  return npos;	
	  }
	  size_t find(const char* str, size_t pos = 0)//从pos位置开始找子串
	  {
    
    
		  char*p=strstr(_str+pos, str);
		  if (p == nullptr)
		  {
    
    
			  return npos;
		  }
		  else
		  {
    
    
			  return p - _str;//指针相减为个数
		  }
	  }
	  void clear()//清空
	  {
    
    
		  _str[0] = '\0';
	  }
	~string()//析构
	{
    
    
		delete[]_str;
		_str = nullptr;
		_size = 0;
		_capacity = 0;
	}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	};
	ostream& operator<<(ostream& out, const string&s)//<<
	{
    
    
		int i = 0;
		for (i = 0; i < s.size(); i++)
		{
    
    
			out << s[i];
		}
		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>
	{
    
    
		s.clear();
		char ch = in.get();
		char buf[128];
		size_t index = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
    
    
			buf[index++] = ch;
			if (index == 127)//为了防止频繁扩容
			{
    
    
				buf[127] = '\0';
				s += buf;
				index = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		if (index != 0)
		{
    
    
			buf[index] = '\0';
			s += buf;
		}
		return in;
	}
	void print(const string& s)
	{
    
    
		string::const_iterator it = s.begin();
		while (it != s.end())
		{
    
    
			cout << *it << " ";
			it++;
		}
		cout << endl;
	}
	void test()
	{
    
    
		string s1;
		cin >> s1;
		cout << s1;
	}
}