💐专栏导读

🌸作者简介：花想云，在读本科生一枚，致力于 C/C++、Linux 学习。

🌸本文收录于 C++系列，本专栏主要内容为 C++ 初阶、C++ 进阶、STL 详解等，专为大学生打造全套 C++ 学习教程，持续更新！

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💐文章导读

本章我们将参照STL源码，来模拟实现string类，但不一定非要与库中完全相同。我们将其中重要的、常用的接口进行模拟实现，旨在加深string类的学习与记忆。

🌷定义string类

为了区别于标准库中的string类，我们使用自己的命名空间，在自己命名空间中模拟实现string类。

string类包含这三个基本成员：

• char* _str 字符数组；
• size_t _size 大小；
• size_t _capacity 容量；

此外还需声明一个static成员npos，npos为将来实现的某些成员函数的缺省值，值位-1；

namespace hxy
{class string{public://...private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;//类中进行声明static const size_t npos;}//类外定义nposconst size_t string::npos = -1;
}

🌷构造函数

string类提供两种构造方法：

• 直接构造；

	string str;

• 传字符串构造；

	string str("hello world");

• 对于传字符串构造的情况，我们可以实现用const char* str 来接收它；
• 对于直接构造的情况，我们可以用缺省值来解决；

	//构造函数string(const char* str = "")  //使用缺省值:_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;  //_capacity初始值不能为0_str = new char[_capacity + 1];  //为'\\0'预留位置strcpy(_str, str);}

注意

• _capacity的值不能初始化为0，因为扩容时可能出现0*n=0的情况。

🌷拷贝构造函数

我们还会遇到用string类对象进行构造的情况：

	string s1;string s2(s1);

拷贝构造虽然不写，编译器会自动实现，但是自动实现的拷贝构造为浅拷贝，对于string类中，成员变量会申请资源的情况，浅拷贝是行不通的，所以需要我们自己实现。

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

🌷赋值重载

	string s1;string s2 = s1;

	//赋值重载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;}

🌷析构函数

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

🌷[]操作符重载

注意应对const对象与非const对象须实现不同的重载函数。

	//用于const对象只读const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}//用于普通对象可读可写char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}

🌷比较运算符重载

	//比较运算符重载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);}

🌷c_str、size、capacity

• c_str：返回C风格的字符串。
• size：返回_size；
• capacity：返回_capacity；

	const char* c_str(){return _str;}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}

🌷resize与reserve

• resize：扩容并初始化；
• reserve：只扩容；

	void resize(size_t n, char ch = '\\0'){if (n < _size){_str[n] = '\\0';_size = n;}else if (n > _size){if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i] = ch;++i;}_size = n;_str[_size] = '\\0';}}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete _str;_str = tmp;_capacity = n;}}

🌷添加数据 - push_back、append、+=重载

• push_back：尾插一个字符；
• append：尾插一个字符串；
• +=：尾插一个字符或字符串；

	void push_back(char ch){//考虑扩容if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\\0';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);//考虑扩容if (_size+len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}

🌷insert

• insert：在pos位置插入一个字符或字符串；

	string& insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}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 - 1){_str[end] = _str[end - len];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}

🌷erase

• erase：删除pos位置向后的n个字符；

	string& 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;}return *this;}

🌷find

• find：从pos位置开始向后查找指定字符或字符串，并返回起始位置的下标。

	size_t find(char ch, size_t pos = npos){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 = npos){assert(pos < _size);char* p = strstr(_str, str);if (p == nullptr){return npos;}else{return p - str;}}

🌷swap

• swap：交换两个对象的内容；

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

🌷clean

• clean：清理数据；

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

🌷迭代器

有了迭代器，我们就能对自己实现的类使用范围for了。

	//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;}

🌷>> 与 << 重载

注意这两个函数须定义在类外。

    ostream& operator<<(ostream& out, const string& str){for (auto ch : str){out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& str){str.clean();char ch = in.get();char buff[128]; //避免因频繁扩容导致效率过低size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\\0';str += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0){buff[i] = '\\0';str += buff;}return in;}

🌷完整源码

#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>namespace hxy
{class string{public://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;}//构造函数string(const char* str = "")  //使用缺省值:_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;  //_capacity初始值不能为0_str = new char[_capacity + 1];  //为'\\0'预留位置strcpy(_str, str);}//拷贝构造string(const string& s):_size(s._size), _capacity(s._capacity){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, s._str);}//赋值重载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;}//析构函数~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}const char* c_str(){return _str;}//用于const对象只读const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _str[pos];}//用于普通对象可读可写char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}//比较运算符重载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);}void resize(size_t n, char ch = '\\0'){if (n < _size){_str[n] = '\\0';_size = n;}else if (n > _size){if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i] = ch;++i;}_size = n;_str[_size] = '\\0';}}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){//考虑扩容if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\\0';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);//考虑扩容if (_size+len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}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);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}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 - 1){_str[end] = _str[end - len];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}string& 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;}return *this;}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}size_t find(char ch, size_t pos = npos){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 = npos){assert(pos < _size);char* p = strstr(_str, str);if (p == nullptr){return npos;}else{return p - str;}}void clean(){_str[0] = '\\0';_size = 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;static const size_t npos;};//定义nposconst size_t string::npos = -1;ostream& operator<<(ostream& out, const string& str){for (auto ch : str){out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& str){str.clean();char ch = in.get();char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\\0';str += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0){buff[i] = '\\0';str += buff;}return in;}
}