C++：String的模拟实现

      

     模拟实现的节奏比较快，大家可以先去看看博主的关于string的使用，然后再来看这里的模拟实现过程

C++：String类的使用-CSDN博客

      String模拟实现大致框架迭代器以及迭代器的获取（public定义，要有可读可写的也要有可读不可写的）/成员变量（private定义）  并且为了不和库的string冲突，我们需要自己搞一个命名空间

namespace cyx
{class string{public://迭代器的实现(可读可写)typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}//迭代器的实现(可读不可写)typedef const char* const_iterator;const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;static const size_t npos;//static const size_t npos=-1  vs下int类型支持给static和const同时修饰的变量用缺省值};const size_t string::npos = -1;//静态成员遍历类外初始化
}

      nops是一个静态变量，要类内定义类外初始化，由于nops是size_t类型，赋值-1会被强转成最大的无符号整数

一、构造+析构+赋值重载（Member functions）

1.1 全缺省构造函数

//构造函数
string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;_str = new char[_capacity + 1];//   多开一块\0的空间strcpy(_str, str);}

1、 “ ”空字符串其实里面默认就有\0，所以缺省值直接给空字符串就行

2、_capacity 一定要给初始空间，不然后面如果涉及到2倍扩容，为0的话就扩不了了

3、要多开一块空间，连这个\0 

4、可以复用strcpy函数

1.2 拷贝构造函数的传统写法

     传统的思路就是拷贝，也就是我们先根据被拷贝的对象的_capacity开空间，然后再进行拷贝

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

1.3 拷贝构造函数的现代写法和swap函数

       现代的思路就是，尝试去复用，比如说我们可不可以直接去利用前面的构造函数去构造一个新对象，然后再窃取新对象的成果（利用swap）

//交换字符串
void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);//浅拷贝，没有开空间，只是改变指针指向std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}
	string(const string& s):_str(nullptr){string temp(s._str);swap(temp);}

 传统写法和现代写法参数一样，不能重载，只能保留一个 

1. 4 迭代器区间构造

		//迭代器区间构造template <class InputIterator>string(InputIterator first, InputIterator last):_str(new char[last-first+1]),_size(0),_capacity(last-first){while (first != last){push_back (*first);++first;}}

       这里定义的模版InputIterator的意思其实是这边我们可以传不同类型对象的迭代器，我们并不知道这个迭代器里面有多少元素，所以得用指针-指针，即last-first来确定我们的容量，然后再开空间，一个个进行尾插。

1.5 赋值重载的传统写法

       传统的思路就是，先开一块新空间拷贝旧数据，然后再释放掉原空间，这里尽量是先开空间再释放，避免我们开空间失败导致原始数据的丢失。   

		//赋值重载(传统写法)string& operator=(const string& s){if (this != &s)//避免自赋值{//先开新空间再毁旧空间，避免新空间开失败导致数据丢失char* temp = new char[s._capacity + 1];strcpy(temp, s._str);delete[]_str;_str = temp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}

注意：要注意自赋值情况！！否则刚拷贝完自己就被释放了

1.6 赋值重载的现代写法

      现代的思路就是，既然被赋值这个空间不想要，那就和形参直接交换吧！！但是要注意的是，这里就不能像传统的一样用const引用了，否则不想要的空间就给到我们的赋值对象了，这边就得用传值传参，这样被交换的就只是一个临时拷贝，不想要的空间随着栈帧的结束被销毁。

//赋值重载(现代写法)
string& operator=(string s)//必须用值传递，否则会导致原数据的丢失
{swap(s);return *this;
}

  传统写法和现代写法参数不一样，一个是const引用，一个传值传参，所以可以同时存在。

1.7 析构函数

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

 二、容量相关的接口（Capacity）

2.1 size、capacity

	//获取当前sizesize_t size() const{return _size;}//获取当前capacitysize_t capacity() const{return _capacity;}

2.2 reserve

如果n比_capacity大，思路就是先开新空间进行拷贝，然后再释放旧空间

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

2.3 resize

如果n比_size大，我们根据n去扩容，然后因为string的底层是字符数组，所以memset就很适合，他就是可以去一个字节一个字节设置成我们想要的。缺省值给‘\0’

//改变size
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{if (n > _size){reserve(n);memset(_str + _size, ch, n - _size);}_size = n;_str[_size] = '\0';
}

2.4 clear和empty

//清理字符串
void clear()
{_str[0] = '\0';_size = 0;
}
//判断字符串是否为空
bool empty()
{return _capacity == 0;
}

2.5 shrink_to_fit（用得少）

缩容到size位置，平时用的很少，我们要尽量减少扩容，思路也是一样的，开辟新空间去拷贝，再释放旧空间

	void shrink_to_fit(){char* temp = new char[_size + 1];strcpy(temp, _str);delete[] _str;_str = temp;_capacity = _size;}

三、[ ]和比较运算符重载

//[]重载(可读可写)
char& operator[](size_t pos)
{assert(pos < _size);//确保地址有效return _str[pos];
}
//[]重载(可读不可写)
const char& operator[](size_t pos) const
{assert(pos < _size);//确保地址有效return _str[pos];
}
//比较类型重载
//>
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);
}

有了[ ]、迭代器，我们可以展示3种遍历方法：下标访问、迭代器区间访问、范围for访问

	void Print(const string& s){//下标遍历for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)cout << s[i] << " ";cout << endl;//迭代器遍历访问string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;//范围forfor (auto &e : s)cout << e << " ";cout << endl;}

四、增删接口（Modifiers）

       字符串的增删接口一般要设置两个版本，一个是操作字符，一个是操作字符串,我们先把最难的insert和erase搞了，其他的就可以复用了

4.1 insert

	//指定位置插入一个字符string& insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);//判断是否需要扩容if (_size + 1 > _capacity)reserve(2 * _capacity);//pos后的数据要往后挪，所以要从后往前移size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;return *this;}//指定位置插入一个字符串string& insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);//判断是否需要扩容size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity)reserve(_size + len);size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - len];--end;}//拷贝插入strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}

4.2 erase

//删除指定位置之后的字符
string& erase(const size_t pos, size_t len = npos)
{assert(pos <= _size);//有两种情况，一种是全删完，一种是删中间的一部分//全删完if (len == npos || pos + len > _size)//len == npos必须写，因为nops是无符号最大值，+的话会溢出{_str[pos] = '\0';_size = pos;}//删一部分else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}return *this;
}

 len == npos这个判断条件必须写，因为nops已经是无符号最大值了，再+会溢出

4.3 push_back

	//尾插一个字符void push_back(char ch){insert(_size, ch);}

4.4 append

//尾插一个字符串
string& append(const char* str)
{return insert(_size, str);
}

4.5 +=重载（用的多）

	//+=重载 字符string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}//+=重载 字符串string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}

五、字符串操作（String operations）

5.1 获取c类型字符串

//获取c类型字符串
const char* c_str() const
{return _str;
}

5.2 寻找指定字符串并返回下标

	//寻找指定字符串并返回下标size_t find(const char* str, size_t pos = 0)const{assert(pos < _size);char* p = strstr(_str + pos, str);if (p == nullptr)return npos;return p - _str;}

六、重载流插入和流提取 

我们不能写在类内，否则会*this会占用第一个操作数，不符合我们的使用习惯。

6.1 流提取

//重载<<
std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const string& s)
{//可以用范围for，也可以用迭代器   范围for是用宏写的，本质上也是迭代器！for (auto ch : s)out << ch;return out;
}

6.2 流插入

首先我们要知道两点，1.>>只会读取到空格或者换行结束 2.读取前会清理掉原空间的数据

	//重载>>std::istream& operator>> (std::istream& in, string& s){//读取前要先清理掉原来存在的字符s.clear();//用get获取字符char ch = in.get();//先用一个数组存起来，再一起加char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){//原始方法，一个字符一个字符加太麻烦，先用一个数组存起来，再一起加//s += ch;buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;//重置i}ch = in.get();}//循环结束后可能还要一些字母没有存进去if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}

我们用一个buff数组来暂时存储需要插入的字符，等存完了再+=，这样可以提高效率，以空间换时间 

七、string模拟实现全部代码

namespace cyx
{using std::endl;using std::cout;class string{public://迭代器的实现(可读可写)typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}//迭代器的实现(可读不可写)typedef const char* const_iterator;const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}//交换字符串void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);//浅拷贝，没有开空间，只是改变指针指向std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}//构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;_str = new char[_capacity + 1];//   多开一块\0的空间strcpy(_str, str);}//拷贝构造函数(传统写法)/*string(const string& s):_size(s._size), _capacity(s._capacity){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, s._str);}*///拷贝函数的现代写法string(const string& s):_str(nullptr){string temp(s._str);swap(temp);}//迭代器区间构造template <class InputIterator>string(InputIterator first, InputIterator last):_str(new char[last-first+1]),_size(0),_capacity(last-first){while (first != last){push_back (*first);++first;}}//赋值重载(传统写法)string& operator=(const string& s){if (this != &s)//避免自赋值{//先开新空间再毁旧空间，避免新空间开失败导致数据丢失char* temp = new char[s._capacity + 1];strcpy(temp, s._str);delete[]_str;_str = temp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}//赋值重载(现代写法)string& operator=(string s)//必须用值传递，否则会导致原数据的丢失{swap(s);return *this;}//析构函数~string(){delete[]_str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}//获取c类型字符串const char* c_str() const{return _str;}//获取当前sizesize_t size() const{return _size;}//获取当前capacitysize_t capacity() const{return _capacity;}//[]重载(可读可写)char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);//确保地址有效return _str[pos];}//[]重载(可读不可写)const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);//确保地址有效return _str[pos];}//比较类型重载//>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);}//改变sizevoid resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n > _size){reserve(n);memset(_str + _size, ch, n - _size);}_size = n;_str[_size] = '\0';}//改变capacityvoid reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}//尾插一个字符void push_back(char ch){insert(_size, ch);}//尾插一个字符串string& append(const char* str){return insert(_size, str);}//+=重载 字符string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}//+=重载 字符串string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}//指定位置插入一个字符string& insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);//判断是否需要扩容if (_size + 1 > _capacity)reserve(2 * _capacity);//pos后的数据要往后挪，所以要从后往前移size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}_str[pos] = ch;++_size;return *this;}//指定位置插入一个字符串string& insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);//判断是否需要扩容size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity)reserve(_size + len);size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - len];--end;}//拷贝插入strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}//删除指定位置之后的字符string& erase(const size_t pos, size_t len = npos){assert(pos <= _size);//有两种情况，一种是全删完，一种是删中间的一部分//全删完if (len == npos || pos + len > _size)//len == npos必须写，因为nops是无符号最大值，+的话会溢出{_str[pos] = '\0';_size = pos;}//删一部分else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}return *this;}//寻找指定字符并返回下标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;}//寻找指定字符串并返回下标size_t find(const char* str, size_t pos = 0)const{assert(pos < _size);char* p = strstr(_str + pos, str);if (p == nullptr)return npos;return p - _str;}//清理字符串void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}//缩容到他的sizevoid shrink_to_fit(){char* temp = new char[_size + 1];strcpy(temp, _str);delete[] _str;_str = temp;_capacity = _size;}//判断字符串是否为空bool empty(){return _capacity == 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;static const size_t npos;//static const size_t npos=-1       vs下int类型支持给static和const同时修饰的变量用缺省值};const size_t string::npos = -1;//静态成员遍历类外初始化//重载<<std::ostream& operator<< (std::ostream& out, const string& s){//可以用范围for，也可以用迭代器   范围for是用宏写的，本质上也是迭代器！for (auto ch : s)out << ch;return out;}//重载>>std::istream& operator>> (std::istream& in, string& s){//读取前要先清理掉原来存在的字符s.clear();//用get获取字符char ch = in.get();//先用一个数组存起来，再一起加char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){//原始方法，一个字符一个字符加太麻烦，先用一个数组存起来，再一起加//s += ch;buff[i++] = ch;if (i == 127){buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;//重置i}ch = in.get();}//循环结束后可能还要一些字母没有存进去if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}//遍历方法的展示void Print(const string& s){//下标遍历for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)cout << s[i] << " ";cout << endl;//迭代器遍历访问string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;//范围forfor (auto &e : s)cout << e << " ";cout << endl;}

有新的后面再补充哦！ 

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