【C++】string类的模拟实现(上)

简介: 【C++】string类的模拟实现(上)

在上一篇博客中,我们讲到了string的使用,现在,我们来讲讲string的模拟实现。


1.主要结构


一个类的构建首先要明确的就是类里面的成员函数,在string类中的结构是什么样的呢?


首先,string类是一个用char类型实例化的模板,类模板是basic_string,所以我们需要实现的是basic_string这个类模板,然后使用typedef basic_string<char> string将实例化出来的类型重命名为string。由于其中对于其他编码方式的处理较为复杂,这里就不考虑,我们直接以string的方式实现basic_string<char>。


接下来要考虑的事情就是string中的成员变量,string类需要存放的是字符数组,结合之前在数据结构中学的动态顺序表的知识,所以需要一个指针用来管理数组,需要两个整型用来存放数据个数和容量,所以string类的主要结构如下:

class string
{
public:
  //类中的各种成员函数
private:
  char* _str;
  size_t _size;
  size_t _capacity;
};


2.构造、拷贝构造、赋值重载和析构


1.构造函数

构造函数分为无参和带参两种,对于无参的构造函数,默认构造空字符串“”,所以我们给个缺省值即可。

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


这里对于capacity的处理,我们选择只关注存放的有效字符个数,不算上\0


2. 拷贝构造

在之前的类和对象章节中,我们讲到,拷贝构造和赋值重载是默认成员函数,如果我们不显示写,编译器会自动生成。那么为什么对于string类,我们要写呢?

默认生成的拷贝构造对自定义类型调用其拷贝构造,对于内置类型完成值拷贝。如果使用默认生成的构造函数的话不能完成所需要的任务,而且会出现对同一块空间析构两次的问题。

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如果执行浅拷贝,将会出现上图中的情况,两个对象指向了同一块空间,当其中任何一个对象析构之后,另一个对象就失效了,所以我们需要手动实现深拷贝


1.传统写法

针对我们的需求,我们很容易想到,按照构造一个对象的顺序一步一步来,先开辟一块大小相同的空间,然后将数据拷贝过去,再把_size和_capacity拷贝过去。这就是传统写法

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


2.现代写法

在STL的发展中,总会有些人另辟蹊径,给出不同于常人的想法,正是这些脑洞大开的想法,让社会进步,下面,就让我们一起看看现代写法是什么样的

string(const string& s)
    :_str(nullptr)
        , _size(0)
        , _capacity(0)
    {
        string tmp(s._str);
        swap(tmp);
    }


对于现代写法,我们可以这么理解,我们找了个替身工具人替我们完成任务,这个工具人就是tmp,他替我们完成了创建一个对象的任务,然后我们将tmp和this进行交换,那么在拷贝构造执行完毕之后,tmp对象将会自动调用析构函数,我们就不用管他了,此时this指向的对象中的内容就是与传入的s相同,也就是完成了深拷贝。


3. 赋值重载

默认生成的赋值重载也是只执行值拷贝,所以对于string类,我们需要手动写赋值重载


1. 传统写法

对于赋值重载,我们需要实现的功能就是将this指向的类对象的值全部转换成传入的右操作数的值,按部就班的来做就是首先开辟一块空间,将s指向的数据依次拷贝到新空间中,然后释放掉原左操作数指向的空间,将其指向新空间,然后更新size和capacity。最后,其实需要进行一个判断,防止出现自己给自己赋值。

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

2. 现代写法1

和拷贝构造的现代写法类似,我们找一个工具人tmp来替我们构造出一个新的对象,然后与this执行交换,使得原this指向的对象在函数结束时被析构。

string& operator=(const string& s)
{
    if (this != &s)
    {
        string tmp(s);
        swap(tmp);
    }
    return *this;
}


3. 现代写法2

对于上述的现代写法,其实可以更加简化

string& operator=(string s)
{
    swap(s);
    return *this;
}


在传参的时候直接使用传值传参,在函数栈帧创建的时候构造一个对象s,这个s是传入的参数的拷贝,然后将this和这个s进行交换即可完成任务

注:在现代写法2中,我们发现好像没有进行自己给自己的赋值判断,这里说一下,使用这种写法,对于自己给自己赋值的情况,直接执行不会出现错误,只是效率有点低,但是这种场景出现的情况很少,所以可以不考虑。

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