【C++】【string类】讲解 + 模拟实现

标准string类提供了对表示字符序列的对象的支持，其接口类似于标准字节容器的接口，但增加了专门设计用于操作单字节字符串的功能。

string类是basic_string类模板的一个实例，该模板使用char(即字节)作为其字符类型，并具有默认的char_traits和分配器类型。

string 类的功能及原理类似于STL库中的其他容器，学习String 有助于理解学习其它容器。

下面进入主题，string类的学习及模拟实现。

一、标准库中的string类

string类常用接口

1.1 string类对象的常见构造

void test1()
{
	string s1;				// 构造空的string类对象s1
	string s2("hello world"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
	string s3(s2);			// 拷贝构造s3

	cout << s2 << endl;
	cout << s3 << endl;
}

 1.2 string类对象的容量操作

void test2()
{
	string s1("hello string");
	cout << s1 << endl;
	cout << s1.size() << endl; // 打印出s1的字符数（不包括'\0'）
	cout << s1.length() << endl; // 打印出s1字符串的长度
	cout << s1.capacity() << endl; //打印出s1的空间容量（开多少取决于编译器）
	s1.resize(5); //s1的长度重置为5
	cout << s1 << endl;
}

void test3()
{
	string s1("hello Abert");
	cout << s1[6] << endl; //访问下标为6位置的元素

	// 通过迭代器遍历字符串
	string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;


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

}

void test4()
{
	string s1("hello world");
	cout << s1 << endl;
	// 尾插一个A
	s1.push_back('A');
	cout << s1 << endl;
	// 再加入一个e
	s1 += 'e';
	cout << s1 << endl;

	//从初始位置开始截取3个字符
	size_t pos1 = s1.find('h');
	cout << s1.substr(pos1, 3) << endl;
}

二、模拟实现string类

把string类的功能函数声明及定义放入同一个头文件string,h中

string类的主体

namespace Abert// 为了防止与库中string冲突，将模拟实现的string放入自己的命名空间中
{
    // ......


private:
    size_t _capacity;
    size_t _size;
    char* _str;
public:
    const static size_t npos = -1;
}

迭代器（string 迭代器的本质就是字符类型的指针）

        typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		//迭代器
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}


		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

 拷贝构造的多种实现方式

1.传统方式

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

2.现代方式

swap函数

        void swap(string& tmp)
		{
			::swap(_str, tmp._str);
			::swap(_size, tmp._size);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
		}

        //s2(s1)
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp); //this->swap(tmp);
		}

完整实现代码：

string,h

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<stdlib.h>
using namespace std;

namespace Abert
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
		//迭代器
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _str + _size;
		}


		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}

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

			strcpy(_str, str);
		}

		//s2(s1) 传统写法 拷贝构造
		/*string(const string& s)
			:_str(new char[s._capacity + 1])
			, _size(s._size)
			, _capacity(s._capacity)
		{
			strcpy(_str, s._str);
		}*/

		void swap(string& tmp)
		{
			::swap(_str, tmp._str);
			::swap(_size, tmp._size);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
		}
		//s2(s1)
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(s._str);
			swap(tmp); //this->swap(tmp);
		}

		//传统写法
		/*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;
		}*/

		//现代写法
		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				string tmp(s);
				swap(tmp);
			}
			return *this;
		}*/

		string& operator=(string s)
		{
			swap(s);
			return *this;
		}

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

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

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}


		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);

			return _str[pos];
		}

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

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

				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n > _size)
			{
				// 插入数据
				reserve(n);
				for (size_t i = _size; i < n; ++i)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				// 删除数据
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}


		void push_back(char ch)
		{
			//满了扩容
			/*if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity = 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}

			_str[_size] = ch;
			++_size;
			_str[_size] = '\0';*/

			insert(_size, ch);
		}

		void append(const char* str)
		{
			/*int len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;*/

			insert(_size, str);
		}

		//void append(size_t n, char ch)
		//{
		//	if (_size + n > _capacity)
		//	{
		//		reserve(_size + n);
		//	}
		//	for (size_t i = 0; i < n; ++i)
		//	{
		//		push_back(ch);
		//	}
		//}

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

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

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

			//挪动数据
			size_t end = _size + 1;
			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)
			{
				reserve(_size + len);
			}
			//挪动数据
			size_t end = _size + len;
			while (end >= pos + len)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;

			return *this;
		}


		void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);

			if (len == npos || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= len;
			}

		}

		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}

		size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
			for (size_t i = pos; i < _size; ++i)
			{
				if (_str[i] == ch)
				{
					return i;
				}
			}

			return npos;
		}

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
		{
			assert(sub);
			assert(pos < _size);
			const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}
		}

		string substr(size_t pos, size_t len = npos) const
		{
			assert(pos < _size);
			size_t realLen = len;
			if (len == npos || pos + len > _size)
			{
				realLen = _size - pos;
			}

			string sub;
			for (size_t i = 0; i < realLen; ++i)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}

			return sub;
		}



		bool operator>(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) > 0;
		}

		bool operator==(const string& s) const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}

		bool operator>=(const string& s) const
		{
			return *this > s || *this == s;
		}

		bool operator<=(const string& s) const
		{
			return !(*this > s);
		}

		bool operator<(const string& s) const
		{
			return !(*this >= s);
		}

		bool operator!=(const string& s) const
		{
			return !(*this == s);
		}

	private:
		size_t _capacity;
		size_t _size;
		char* _str;
	public:
		const static size_t npos = -1;
	};



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

		return out;
	}

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

	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();

		char ch;
		ch = in.get();

		const size_t N = 32;
		char buff[N];
		size_t i = 0;

		while (ch != ' ' && ch != '\0')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}

			ch = in.get();
		}

		buff[i] = '\0';
		s += buff;

		return in;
	}

string 类还有一些可以实现的地方，本文只实现了常用功能，欢迎大家学习交流。