初始《string》及手搓模拟实现《string》

目录

前言：

为什么学习string类？

标准库中的string类

1. string类对象的常见构造

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2. string类对象的容量操作

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3. string类对象的访问及遍历操作

 4. string类对象的修改操作

5. string类非成员函数

 vs和g++下string结构的说明

vs下string的结构

g++下string的结构

模拟实现string：

构造函数：

深浅拷贝：

浅拷贝：

深拷贝：

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传统写法与现代写法：

s2(s1)

s2 = s1 

 输入：

总结：

前言：

在之前的学习中，我们初步了解到了模板的概念，而接下来又对于C++的标准模板库（STL）也有了基本的概念。对于C++的武器，我们不得不进行学习，日后有了这些STL武器的帮助，对于大部分题目我们都能游刃有余。

 

为什么学习string类？

C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。
在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

我们可以将string理解为——数组顺序表


标准库中的string类

1. 字符串是表示字符序列的类
2. 标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
3. string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。
4. string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
5. 注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。
总结：
1. string是表示字符串的字符串类
2. 该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。
3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;
4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

1. string类对象的常见构造

2. string类对象的容量操作

注意：
1. size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一
致，一般情况下基本都是用size()。

2. clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

3. resize(size_t n) 与 resize(size_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大
小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

4. reserve(size_t res_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于
string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。

 

3. string类对象的访问及遍历操作

 

 4. string类对象的修改操作

注意：
1. 在string尾部追加字符时，s.push_back(c) 或 s.append(1, c) 或 s += 'c'三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。

2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

 

5. string类非成员函数

 vs和g++下string结构的说明

vs下string的结构

string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字
符串的存储空间：

  • 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
  • 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
union _Bxty
{     // storage for small buffer or pointer to larger onevalue_type _Buf[_BUF_SIZE];pointer _Ptr;char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;

这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内
部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。

其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
最后：还有一个指针做一些其他事情。
故总共占16+4+4+4=28个字节

 

g++下string的结构

G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指
针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：

  • 空间总大小
  • 字符串有效长度
  • 引用计数
  • 指向堆空间的指针，用来存储字符串
struct _Rep_base
{size_type _M_length;size_type _M_capacity;_Atomic_word _M_refcount;
};

 

模拟实现string：

构造函数：

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

 

  • 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’

深浅拷贝：

 上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

浅拷贝：

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享

深拷贝：

传统写法与现代写法：

s2(s1)

        //s2(s1)//// 传统写法string(const string& s){_size = s._size;_capacity = s._capacity;strcpy(_str, s._str);}// 现代写法string(const string& s){string tmp(s._str);swap(tmp);}

s2 = s1 

//s2 = s1(赋值 ——> 构造 + 拷贝), 因此不同于string(const string& s), 
//我们需要创建一个临时变量// 传统写法string& operator=(const string& s){char* tmp = new char[s._size + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;return *this;}// 现代写法string& operator=(string s) // 形参是实参的一份临时拷贝{swap(s);return *this;}

 输入：

istream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear();char ch;//in >> ch;ch = in.get();// cin 读字符的时候取不到“空格”和“回车”，// 所有我们运用cin.get(),提取一个字符char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;// [0,126]if (i == 127){buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}istream& getline(istream& in, string& s){s.clear();char ch;//in >> ch;ch = in.get();char buff[128];size_t i = 0;while (ch != '\n'){buff[i++] = ch;// [0,126]if (i == 127){buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}

scanf 和 cin  基于 空格 和 回车加以区分

而对于我们想输入一个英文句子使用cin就难上加难，我们可以使用getline来输入英文句子，因为getline可以读取空格，而遇到回车就停下。

总结：

 以上就是string的部分内容，在这里我只对于重要的部分进行讲解，string这个库有许多自带的函数，下来可以自己动手尝试尝试实现。手搓string的完整代码在我的Gitee里面：
My_String_CSDN/My_String_CSDN/String.h · 无双/C_Plus_Plus_Acer - 码云 - 开源中国 (gitee.com)

 

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