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引言1，构造函数2，析构函数3，取出字符串的地址4，计算有效数据个数5，[ ]运算符重载6，简单迭代器7，预开空间(扩容)8，尾插一个字符9，尾插一个字符串10，+=运算符重载11，在pos位置插入字符/字符串11.1 在pos位置插入字符11.2 尾插一个字符串

12，从pos位置开始删除长度为len的字符串13，从pos位置开始查找字符/字符串13.1 查找字符13.2 查找字符串

14，拷贝构造(传统)15，=赋值拷贝(传统)16，交换函数swap17，从pos位置开始取len个字符的串18. 字符串的比较19，清除函数clear20，流插入，流提取20.1 流插入20.2 流提取

21，拷贝构造和赋值拷贝的现代写法(重点)21.1 拷贝构造21.2 赋值拷贝

引言

点击跳转到文章：【string类的基本使用】

上一篇文章已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。

这篇文章主要是对string类的一些重点接口函数进行模拟实现。本文依然采用多文件的方式，string.h放类的声明，string.cpp放成员函数的定义。

string.h

<code>#pragma once

#include <iostream>

#include <assert.h>

#include <stdbool.h>

using namespace std;

//定义一个叫做bit的命名空间，隔离C++库里的string类

namespace bit

{

class string

{

public:

//typedef实现二次封装

//由于string类是连续的空间，所以可以定义为原生指针

typedef char* iterator;

//const迭代器，指针指向的内容不能修改

typedef const char* const_iterator;

//实现迭代器,一定要实现为begin 和end

//迭代器屏蔽了底层细节，提供了一种简单通用的访问容器的方式

iterator begin();

iterator end();

const_iterator begin()const;

const_iterator end()const;

// string();//无参构造

//有参与无参构造用全缺省进行合并,在声明处给缺省值

string(const char* str = "");//传参构造

//析构函数

~string();

//拷贝构造

string(const string& s);

//赋值运算重载(传统)

//string& operator=(const string& s);

//赋值运算重载(现代)

string& operator=(string tmp);

const char* c_str() const;

//用下标的方式遍历字符串

size_t size()const;

char& operator[](size_t pos);

const char& operator[](size_t pos)const;

//用于扩容，一般不缩容

void reserve(size_t n);

void push_back(char ch);//尾插一个字符

void append(const char* str);//尾插字符串

//用运算符重载实现尾插

string& operator+=(char ch);

string& operator+=(const char* str);

//在指定位置插入 字符或是字符串

void insert(size_t pos, char ch);

void insert(size_t pos, const char* str);

//在指定位置删除长度为len

void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

//从pos位置开始找字符或是字符串

size_t find(char ch, size_t pos =0);

size_t find(const char* str, size_t pos = 0);

//交换函数

void swap(string& s);

//从pos位置找一个子串

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

//字符串的比较

bool operator<(const string& s)const;

bool operator>(const string& s)const;

bool operator<=(const string& s)const;

bool operator>=(const string& s)const;

bool operator==(const string& s)const;

bool operator!=(const string& s)const;

//把当前数据清除，但是不清空间

void clear();

private:

//这里的缺省值时给现代写法的构造函数的

char* _str = nullptr;

size_t _size = 0;//有效数据个数,指向最后一个有效数据的下一个位置\0

size_t _capacity = 0;//容量

//特例：静态成员变量只有无符号整形才可以在声明时给缺省值

//const static size_t npos = -1;//ok

//const static double d = 2.2;//err

const static size_t npos;

};

//流插入，流提取

//不适合写成成员函数，涉及第一个参数的位置问题

istream& operator>> (istream& is, string& str);

ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);

}

1，构造函数

为了避免多次strlen的计算，并且符合声明的顺序，只把_size放在初始化列表，其余放在函数体中。

string::string(const char* str)

:_size(strlen(str))

{

//_str = nullptr;//err 防止对空指针的解引用

_str = new char[_size + 1];//多开一个是给\0的

_capacity = _size;

strcpy(_str, str);//把初始化内容拷贝进空间

}

2，析构函数

string::~string()

{

delete[] _str;//析构销毁资源

_str = nullptr;//置空

_size = _capacity = 0;//置0

}

3，取出字符串的地址

const char* string::c_str()const

{

return _str;//返回字符串的首地址，用于打印数据

}

4，计算有效数据个数

size_t string::size()const

{

return _size;

}

5，[ ]运算符重载

4.1 [ ]运算符重载有两种类型，可读可写的和可读的(const修饰)。

4.2 模拟[ ]运算符重载的几个问题：

(1) 引用返回的作用：一是减少拷贝，二是修改返回对象。

(2) 为什么可以用引用返回：_str[i]出了作用域还在，因为_str开辟在堆上，它返回的是堆上的一个字符的引用别名。

(3) 重载的底层也是用assert断言的，只要下标越界直接终止报错。

//_str是new出来的，出了这个函数不会销毁，可以用引用返回

char& string::operator[](size_t pos)

{

assert(pos < _size);//防止越界

return _str[pos];

}

const char& string::operator[](size_t pos)const

{

assert(pos < _size);//防止越界

return _str[pos];

}

6，简单迭代器

6.1 迭代器也有有两种类型，可读可写的和可读的(const修饰)。根据声明可知，这里的迭代器可以暂时简单的理解为类似指针的东西。

6.2 这里直接利用用原生指针进行实现的原因是：string类底层的物理结构的连续的。

6.3 为什么要用typedef，而不是直接用char*呢？

一是不同编译器底层实现迭代器的方式是不同的。

二是可以实现二次封装，屏蔽了底层的实现细节，统一了上层访问容器的方式(用begin和end)。

string::iterator string::begin()

{

return _str;

}

string::iterator string::end()

{

return _str + _size;

}

string::const_iterator string::begin()const

{

return _str;

}

string::const_iterator string::end()const

{

return _str + _size;

}

7，预开空间(扩容)

void string::reserve(size_t n)

{

if (n > _capacity)

{

//手动扩容，手动释放

char* tmp = new char[n + 1];//多开一个给\0

strcpy(tmp, _str);

delete[] _str;

_str = tmp;

_capacity = n;

}

}

8，尾插一个字符

8.1 先判断容量是否足够，再插入。

8.2 注意\0的处理。

//尾插一个字符

void string::push_back(char ch)

{

if (_size == _capacity)

{

//先计算容量，2倍增

size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;

//再扩容

reserve(newcapacity);

}

_str[_size] = ch;//覆盖\0的位置

_str[_size + 1] = '\0';//补上\0

++_size;

}

9，尾插一个字符串

9.1 先判断容量是否足够，再插入。

9.2 插入字符串时strcat 和strcpy均可以实现。但是strcat的底层需要遍历找到\0再进行拼接，最后自动补上\0，效率不高；所以推荐使用strcpy。

//尾插字符串

void string::append(const char* str)

{

size_t len = strlen(str);

if (_size + len > _capacity)

{

reserve(_size + len);

}

//strcat:从\0的位置开始追加，最后自动补上\0

//strcat(_str, str);

strcpy(_str + _size, str);

_size += len;

}

10，+=运算符重载

它的功能也是用来尾插字符或是字符串的，而且它比push_back和append使用的更广泛。

string& string::operator+=(char ch)

{

push_back(ch);

return *this;

}

string& string::operator+=(const char* str)

{

append(str);

return *this;

}

11，在pos位置插入字符/字符串

11.1 在pos位置插入字符

错误示范：

原因：当pos为0，即头插时，程序崩溃！因为end是无符号整形，减到0再减后会变成整形最大值(40多亿)，造成死循环。

猜想解决方法：

只把end的类型改为int，也不行。因为当一个操作符两边的操作数类型不一样时，会产生隐式类型转换，比如有符号与无符号，有符号会隐式转换成无符号类型。

void string::insert(size_t pos, char ch)

{

assert(pos <= _size);//避免下标越界

if (_size == _capacity)

{

size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;

reserve(newcapacity);

}

size_t end = _size;

while (end >= pos)

{

_str[end + 1] = _str[end];

--end;

}

_str[pos] = ch;

++_size;

}

解决方法1：

把end的类型改为int，end指向最后一位有效位的下一位，把pos也强转为int类型。

//在指定位置插入

void string::insert(size_t pos, char ch)

{

assert(pos <= _size);//避免下标越界

if (_size == _capacity)

{

size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;

reserve(newcapacity);

}

int end = _size;

while (end >= (int)pos)

{

_str[end + 1] = _str[end];

--end;

}

_str[pos] = ch;

++_size;

}

解决方法2：

让end指向\0的下一位。

//在指定位置插入

void string::insert(size_t pos, char ch)

{

assert(pos <= _size);//避免下标越界

if (_size == _capacity)

{

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;

}

11.2 尾插一个字符串

遇到的问题与上面的相同。

void string::insert(size_t pos, const char* str)

{

assert(pos <= _size);//避免下标越界

size_t len = strlen(str);

if (_size + len > _capacity)

{

reserve(_size + len);

}

//方式1

/*int end = _size;

while (end >= (int)pos)

{

_str[end + len] = _str[end];

end--;

}*/

//方式2

size_t end = _size + len;

while (end > pos+len-1)

{

_str[end] = _str[end - 1];

end--;

}

memcpy(_str + pos, str, len);

_size += len;

}

12，从pos位置开始删除长度为len的字符串

注意：

1.此处在声明中两个形参的缺省值，size_t pos = 0， size_t len = npos。

npos是const类型的静态成员变量，npos = -1，表示无符号整形的最大值(40多亿)。

2.声明和定义分离时，静态成员变量的初始化。当是const修饰的size_t类型的静态变量时，是可以在声明时给缺省值的！这是个特例！ 但是一般不这样，声明和定义分离时，只要在.cpp中初始化即可。

void string::erase(size_t pos, size_t len )

{

assert(pos < _size);

//当len大于前面的字符个数时，有多少删多少

if (pos+len >= _size)

{

_str[pos] = '\0';

_size = pos;

}

else

{

strcpy(_str + pos, _str + pos + len);

_size -= len;

}

}

13，从pos位置开始查找字符/字符串

13.1 查找字符

size_t string::find(char ch, size_t pos)

{

for (size_t i = pos; i < _size; i++)

{

if (_str[i] == ch)

{

return i;

}

}

return npos;

}

13.2 查找字符串

size_t string::find(const char* str, size_t pos)

{

//strstr：str存在时返回所在位置的指针

const char* p = strstr(_str + pos, str);

return p - _str;

}

14，拷贝构造(传统)

当我们不显示实现深拷贝时，使用编译器默认的浅拷贝有两个危害：

14.1 s1和s2指向同一块空间，出了作用域时调用两次析构函数，造成程序崩溃。

14.2 修改一个，另外一个也会修改。

//要用深拷贝进行拷贝构造

//s2(s1);把s1拷贝给s2,*this是s2,s是s1的别名

string::string(const string& s)

{

//开一个和要拷贝的一样大小的空间

_str = new char[s._capacity + 1];

strcpy(_str, s._str);//把数据拷贝进新空间

_size = s._size;

_capacity = s._capacity;

}

15，=赋值拷贝(传统)

开新空间，拷贝数据，释放原空间，改变指针指向。

//s1 = s3;//s1是*this,s是s3的别名

string& string::operator=(const string& s)

{

//避免自己给自己赋值

if (this != &s)

{

//多开一个空间给\0

char* tmp = new char[s._capacity + 1];

strcpy(tmp, s._str);

delete[] _str;

_str = tmp;

_size = s._size;

_capacity = s._capacity;

return *this;

}

}

16，交换函数swap

//s1.swap(s3)

void string::swap(string& s)

{

//调用库中的swap函数，交换内置类型

//不直接交换数据，而是交换两块空间的指针

std::swap(_str, s._str);

std::swap(_size, s._size);

std::swap(_capacity, s._capacity);

}

17，从pos位置开始取len个字符的串

复用了前面的构造函数和+=运算符。

string string::substr(size_t pos, size_t len)

{

//len大于pos后面剩余的字符，有多少取多少

if (len > _size - pos)

{

string sub(_str + pos);//直接构造子串返回

return sub;

}

else

{

string sub;

sub.reserve(len);

for (size_t i = 0; i < len; i++)

{

sub += _str[pos + i];

}

return sub;

}

}

18. 字符串的比较

只要实现>运算符(或<运算符)和==运算符，其他运算符直接复用即可。

bool string::operator<(const string& s)const

{

return strcmp(_str, s._str) < 0;

}

bool string::operator>(const string& s)const

{

return !(*this <= s);

}

bool string::operator<=(const string& s)const

{

return *this < s || *this == s;

}

bool string::operator>=(const string& s)const

{

return !(*this < s);

}

bool string::operator==(const string& s)const

{

return strcmp(_str, s._str) == 0;

}

bool string::operator!=(const string& s)const

{

return !(*this == s);

}

19，清除函数clear

清除当前对象里的内容，影响的是_size，不影响_capacity。

void string::clear()

{

_str[0] = '\0';

_size = 0;

}

20，流插入，流提取

(1) 不适合写成成员函数，涉及第一个参数的位置问题。

(2) 根据声明可知，这两个函数并没有重载成友元函数，而是放在类外。

(3) 在日期类中写成友元是为了访问私有成员，这里可以不写成友元函数，不访问私有成员，直接访问公有成员。

20.1 流插入

ostream& operator<< (ostream& os, const string& str)

{

for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)

{

os << str[i];

}

return os;

}

20.2 流提取

注意：

(1) C语言中的scanf：%c时可以拿到空格，拿不到换行，遇到换行直接忽略； %s时两个都拿不到，遇到直接忽略。

C++中的cin:拿不到空格和换行，遇到直接忽略。

在C++中不能用scanf，因为C++的流和C语言的流缓冲区不同。

(2) 为了避免一次性输入够多导致频繁扩容，开辟一个局部数组buff(类似缓冲区)，先把字符存在buff中，到达一定数量后再存入str。

istream& operator>> (istream& is, string& str)

{

str.clear();

char buff[128];

int i = 0;

char ch = is.get();

while (ch != ' ' && ch != '\n')

{

buff[i++] = ch;

//0 - 126

if (i == 127)

{

buff[i] = '\0';

str += buff;

i = 0;

}

ch = is.get();

}

//如果buff没有装满

if (i != 0)

{

buff[i] = '\0';

str += buff;

}

return is;

}

21，拷贝构造和赋值拷贝的现代写法(重点)

21.1 拷贝构造

复用构造函数，构造一个tmp，再用tmp对象和this交换。此时如果不在声明时给缺省值，刚开始s2是随机值，tmp和s2交换后，tmp就是随机值，tmp出了函数会调用析构函数，此时程序可能会崩溃，所以好给缺省值。

string::string(const string& s)

{

//写法1：常用

string tmp(s._str);

swap(tmp);

//写法2：

//string tmp(s._str);

//std::swap(_str, tmp._str);

//std::swap(_size, tmp._size);

//std::swap(_capacity, tmp._capacity);

}

21.2 赋值拷贝

写法1：

string& string::operator=(const string& s)

{

//避免自己给自己赋值

if (this != &s)

{

string tmp(s._str);

swap(tmp);

}

return *this;

}

写法2：常用

这里使用传值传参：

(1) 传值传参会进行拷贝构造，s1会拷贝一份给临时变量tmp，tmp里的东西就是s3想要的，再让tmp与s3交换；

(2) 当tmp 的生命周期结束时，刚好又会调用析构函数，把原来s3中的东西清理掉。

//s3 = s1

//这里的传参不能用引用，

string& string::operator=(string tmp)

{

swap(tmp);//一行搞定赋值拷贝

return *this;

}