C++ 模拟实现string

目录

一.类的声明

二.确定成员变量

三.成员函数

1.带参的构造函数，析构函数，拷贝构造

2.size()与capacity()

3.运算符重载

重载数组下标访问[]

重载+=  

重载比较运算符（<， <= ，   > ， >= ， ==  ， !=  ， ）

重载流插入与流提取

重载=

​编辑

4.实现迭代器

使用迭代器遍历

使用范围for遍历

5.实现reserve(size_t n)

6.实现push_back(char ch)

7.实现append(const char* str)

8.实现insert()

9.实现erase()

10.实现clear()

11.实现resize()

12实现find()

13.实现substr

一.类的声明

为了避免与库函数里的string类重复定义，这里我们用命名空间，将我们自己定义的string类封到命名空间里，代码为：

namespace wzy
{class string{public://成员变量private://成员函数};
}

二.确定成员变量

我们知道库里面的string类底层大致是使用的是一个字符指针，指向一个数组，然后将对数组的各种操作封装到类中，然后是两个size_t类型的变量记录字符的空间，与有效字符的个数。这里我们的成员变量可以参考：

// 成员变量char*  _str      //指向存储字符的数组(数组空间大小包含'\0')
size_t _size     //记录数组中有效字符的个数(不包含'\0')
size_t _capacity //记录数组空间的大小(不包含'\0')

三.成员函数

1.带参的构造函数，析构函数，拷贝构造

		string(const char* str=""):_str(new char[strlen(str)+1]),_size(strlen(str)),_capacity(_size+1){}

注：在使用初始化列表的时候，要注意类中成员变量的顺序!!!

原因：初始化列表是按照变量声明的顺序初始化的，建议初始化列表的顺序与成员变量声明的顺序一致.

C++规定常量字符串结尾自动加上'\0'，因此这里缺省值相当于"\0"

析构函数：

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

拷贝构造

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

2.size()与capacity()

		size_t size()   const{return _size;}size_t capacity()  const{return _capacity;}

3.运算符重载

重载数组下标访问[]

可读可写

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

可读不可写（给被const修饰的string对象使用）

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

使用数组下标的方式遍历string对象

void test1()
{string s("Hello World!");for(size_t i=0;i<s.size();i++){cout<<s[i]<<"  ";}
}

重载+=  

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

重载比较运算符（<， <= ，   > ， >= ， ==  ， !=  ， ）

		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);}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);}

重载流插入与流提取

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)  {for (auto ch : s)  //要先实现const迭代器{out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear(); //用之前先清空schar ch;ch=in.get();  //为什么不用in>>ch?//流提插入时，不能遇到空格或换行就停止while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;ch=in.get();}return in;}

这里我们可以发现，在流提取时，当s满时，再插入，每插入一次就要扩容一次。这样效率不好。可以改为：

 istream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear(); 		char ch;char buff[128];ch=in.get();  size_t i=0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++]=ch;if(i==129){buff[i]='\0';s+=buff;i=0;}ch=in.get();}if(i){s+=buff;}return in;}

这里我们用buff暂存字符，当buff满时，就尾插。结束当buff还有字符时，再尾插。这样可以减少开辟空间的次数。

重载=

		string& operator=(const string& s){if (this != &s){char* temp = new char[s._capacity + 1];strcmp(temp, s._str);delete[]_str;_str = temp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}}

这里我们可以看到里面的交换数据次过多，那我们能不能将其封装到一个函数里呢？

这里首先要介绍一个库函数std::swap(),功能：交换两个变量的值。（变量只能是内置类型！！！）

		void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}string& operator=(string temp){swap(temp);return *this;}

注：这里参数temp不能用引用，被const修饰。

4.实现迭代器

这里我们一定要知道：迭代器很多行为与指针类似。当很多情况下，我们完全可以把迭代器当创指针使用。。因为迭代器也代表指向某个元素；迭代器指向下一个元素与指针的方式一样；迭代器也可以解引用使用元素。

这里我们实现迭代器的方式：使用typedef 将char* 重命名为iterator。因此在这里我们完全可以将迭代器当作指针使用。

正向迭代器

		typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}

const迭代器

		typedef const char* const_iterator;const_iterator begin()  const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}

使用迭代器遍历

void test2()
{string s("Hello World!");string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << "  ";}cout << endl;
}

使用范围for遍历

我们知道范围for的底层就是使用迭代器实现的，因此当我们实现迭代器之后就可以使用范围for了。

void test3()
{string s("Hello World!");for(auto ch:s){cout<<ch<<" ";}cout << endl;
}

5.实现reserve(size_t n)

按照库的方式分为两种情况：

1.  n>_capacity 。 扩容(申请新空间，拷贝旧空间，释放旧空间，_str指向新空间，更新_size与_capacity的值)

2. n<=_capacity  。不做处理

注：这里_str指向新空间我们可以使用：std::swap 作用：交换两个内置类型的值.

只改变 _capacity，不改变 _size

	void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* temp = new char[n+1]; //需要为'\0'开辟空间strcpy(temp, _str);std::swap(temp, _str);delete[]temp;_capacity = n;}}

6.实现push_back(char ch)

这里我们实现push_back按照库里面的方式。

这里我们可以分两种情况：

1._size<_capacity。扩容(使用reserve)，然后尾插

2._size==_capacity。直接尾插

void push_back(char ch){if (_size == _capacity){reserve(_capacity==0?4:_capacity*2);//注意当_capacity==0时}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}

7.实现append(const char* str)

分两种情况：

1. _szie+strlen(str)>_capacity 。扩容(使用reserve)，然后再将str的内容拷贝到_str里

2._szie+sizeof(str)<=_capacity。 直接拷贝

		void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len >= _capacity)    //第一种情况{reserve(_size + len);//这里的扩容具体还得看要求}strncpy(_str+_size,str,len);//strncpy可以把'\0'也拷贝过来_size += len;}

8.实现insert()

string底层用的是数组，这里在将一个字符或字符串插入某个位置，可以看作像数组里插入。

		string& insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);  //检查插入位置是否正确if (_size == _capacity)//检测是否扩容{reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}//这里要注意size_t是无符号的整形，要注意头插时，i的初始化值//这里即使i为整形，i也会被整形提升为size_t类型for (size_t i = _size+1; i > pos; i--) {_str[i] = _str[i - 1];}_str[pos] = ch;_size++;}string& insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _capacity);int len = strlen(str);if (pos + len > _capacity)   //检查是否扩容{reserve(pos + len);}for (int i = _size; i >=(int)pos; i--){_str[i+len] = _str[i];}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}

9.实现erase()

void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);if (len == npos || pos+len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{size_t begin = pos + len;while (begin <= _size){_str[begin - len] = _str[begin];begin++;}_size -= len;}}

这里npos时一个无符号的整形，是size_t类型最大的整数，比特为全为1，所以直接赋值为1.

因为npos属于string类的成员变量，它的值不变，因此我们可以用const与static修饰它。我们知道被static修饰的变量要在类外面定义，但是C++11中，const修饰的static的成员变量（只能是整形）,可以直接在类里面给缺省值

10.实现clear()

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

11.实现resize()

以库里面的resize为例，分三种情况：
1.  n>_capacity  ,扩容，初始化多出来的空间。

2.  _size<n<_capcity  ,将大于_size，小于n的空间初始化。

3. n<_size , 缩容

		void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n <= _capacity){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);int i;for (i = _size; i < n; i++){_str[i] = ch;}_str[i] = '\0';}}

12实现find()

在字符串中查找子串在理论上效率很高，但是在实际上效率并不好，所以我们一般用可以直接暴力查找。这里我们直接用了一个strstr()函数查找。

找到就返回子串的首地址，没找到就返回空指针。

        size_t find(char ch, size_t pos = 0){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 char* p = strstr(_str, sub);if (p){return p-_str;}return npos;}

13.实现substr

分两种情况:

1. pos+len>=_size,

2.pos+len <_size

		string substr(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);string s;size_t end = len + pos;if (len==npos||pos + len >= _size ){len = _size - pos;end = _size;}s.reserve(len);for (size_t i = pos; i < end; i++){s += _str[i];}return s;}

注：使用这个函数时，要先实现拷贝构造，否则在传返回值的时候是浅拷贝，会报错。

完整代码：

因为string类的方法太多，这里我只选了几个我们经常使用的实现，大家可以参考我这个头文件，继续实现下去：

#pragma once
#include<iostream>#include<assert.h>
using namespace std;namespace wzy
{class string{public:string(const char* str = ""):_str(new char[strlen(str) + 1]), _size(strlen(str)), _capacity(_size + 1){}string(const string& s){_str = new char[s._size + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}size_t size(){return _size;}size_t capacity(){return _capacity;}char& operator[](int i){assert(i < _size);return _str[i];}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;}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* temp = new char[n + 1];strcpy(temp, _str);std::swap(temp, _str);delete[]temp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){if (_size == _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len >= _capacity){reserve(_size + len);//这里的扩容具体还得看要求}strncpy(_str + _size, str, len);//strncpy可以把'\0'也拷贝过来_size += len;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(char* str){append(str);return *this;}void insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);  //检查插入位置是否正确if (_size == _capacity)//检测是否扩容{reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}for (size_t i = _size + 1; i > pos; i--){_str[i] = _str[i - 1];}_str[pos] = ch;_size++;}string& insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _capacity);int len = strlen(str);if (pos + len > _capacity){reserve(pos + len);}for (int i = _size; i >= (int)pos; i--){_str[i + len] = _str[i];}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}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);}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);}string& operator=(const string& s){if (this != &s){char* temp = new char[s._capacity + 1];strcmp(temp, s._str);delete[]_str;_str = temp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}string& operator=(string s){if (this != &s){swap(s);return *this;}}void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{size_t begin = pos + len;while (begin <= _size){_str[begin - len] = _str[begin];begin++;}_size -= len;}}void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n <= _capacity){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);int i;for (i = _size; i < n; i++){_str[i] = ch;}_str[i] = '\0';}}size_t find(char ch, size_t pos = 0){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 char* p = strstr(_str, sub);if (p){return p-_str;}return npos;}string substr(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos < _size);string s;size_t end = len + pos;if (len==npos||pos + len >= _size ){len = _size - pos;end = _size;}s.reserve(len);for (size_t i = pos; i < end; i++){s += _str[i];}return s;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;public:const static size_t npos;};const size_t string::npos = -1;ostream& operator<<(ostream& out, const string& s){for (auto ch : s){out << ch;}return out;}istream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear();char ch;ch=in.get() ;while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;ch=in.get();}return in;}
}

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