1. 框架搭建
首先啊,我们需要搭建好一个框架,
然后在往里面填充内容。
那搭建框架主要包括这几个点:
1. 基本的默认成员函数
2. 必须的成员变量
3. 常用的简单接口(先让代码跑起来)
来看代码:
#pragma once #include <iostream> #include <string> #include <assert.h> #include <string.h> using namespace std; namespace xl { class string { private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; public: string(const char* str = "") : _size(strlen(str)) , _capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, str); } ~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } public: char& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _str[pos]; } char& operator[](size_t pos) const { assert(pos < _size); return _str[pos]; } const char* c_str() const { return _str; } size_t size() const { return _size; } }; }
实现功能包括:
1. 构造和析构函数
2. 基本的 [ ] 访问
3. 可供转换类型的 c_str
4. 以及容量相关的 size
我们就能先跑起来一段遍历:
#include "string.h" int main() { xl::string s1("hello"); cout << s1.c_str() << endl; for (int i = 0; i < s1.size(); i++) { cout << s1[i] << " "; } cout << endl; return 0; }
输出:
2. 迭代器的实现
迭代器可能是指针,也可能不是,
不过在string里面,迭代器就是指针。
我们把迭代器实现到类里面,因为标准库中的迭代器,就存在类内,
我们直接通过类域就能访问到。
来看代码:
public: typedef char* iterator; iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str + _size; }
这样我们就能直接跑起来:
#include "string.h" int main() { xl::string s1("hello"); cout << s1.c_str() << endl; for (int i = 0; i < s1.size(); i++) { cout << s1[i] << " "; } cout << endl; xl::string::iterator it = s1.begin(); while (it != s1.end()) { cout << *it << " "; it++; } cout << endl; return 0; }
输出:
但是啊,这样只支持了普通对象的迭代器,
还有const对象,所以我们要再实现一份:
public: 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; }
我们可以观察一下,
使用 const 迭代器确实是禁止访问了:
而使用普通迭代器是可以修改指向的值的:
void test2() { xl::string s1("hello"); xl::string::const_iterator cit = s1.begin(); while (cit != s1.end()) { //*cit += 1; cout << *cit << " "; cit++; } cout << endl; xl::string::iterator it = s1.begin(); while (it != s1.end()) { *it += 1; cout << *it << " "; it++; } cout << endl; }
输出:
3. string的拷贝构造和赋值(深拷贝)
拷贝构造
需要新开一块空间:
string(const string& s) { _str = new char[s._capacity + 1]; memcpy(_str, s._str, s.size() + 1); _size = s._size; _capacity = s._capacity; }
赋值构造
我们就直接采取删除旧空间,开辟新空间,拷贝数据的策略:
string& operator=(const string& s) { if (this != &s) { char* tmp = new char[s._capacity + 1]; memcpy(tmp, s._str, s._size + 1); delete[] _str; _str = tmp; } return *this; }
上面的这种中规中矩的方法,我们称之为传统写法,
那么有传统写法,当然还有现代写法,来看这种写法:
void swap(string& tmp) { ::swap(_str, tmp._str); ::swap(_size, tmp._size); ::swap(_capacity, tmp._capacity); } // 现代写法 string& operator=(string tmp) { swap(tmp); return *this; }
我们实现了一个string类内的一个swap,通过拷贝构造形成的 tmp 帮我们打工,
然后我们再通过 swap 白嫖 tmp 的内容即可。
我个人认为这种方法其实本质上就是对拷贝构造的复用。
实际上,拷贝构造也可以用现代写法:
string(const string& s) : _str(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) { string tmp(s._str); swap(tmp); }
发现没有,拷贝构造的现代写法本质也是一个复用,
他复用的就是我们实现的构造函数。
4. string的增删查改
在实现那些花里胡哨的接口之前啊,
先把扩容的问题搞定再说:
reserve 接口
根据给的 n 的大小直接扩容即可:
void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; memcpy(tmp, _str, _size + 1); delete[] _str; _str = tmp; _capacity = n; } }
resize 接口
还有一种扩容方法就是resize,不过string一般很少用resize,
来看实现:
void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n < _size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else { reserve(n); for (size_t i = _size; i < n; i++) { _str[i] = ch; } _size = n; _str[_size] = '\0'; } }
push_back 接口
string的 push_back 就是尾插一个元素,
采取的是二倍扩容的机制(这个看个人喜好,也有1.5倍扩容的)
void push_back(char ch) { if (_size == _capacity) { // 2倍扩容 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } _str[_size] = ch; _size++; _str[_size] = '\0'; }
append 接口
append 是尾插一段字符串,
扩容机制我使用的是按需扩容。
void append(const char* str) { size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { // 至少扩容到 _size + len reserve(_size + len); } memcpy(_str + _size, str, len + 1); _size += len; }
当然,我们其实更喜欢使用 +=:
operator+=() 实现
当然,这个函数我们就直接复用前面实现的push_back和append就行:
string& operator+=(char ch) { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; }
这用起来当然是爽多了:
void test4() { xl::string s1("hello"); cout << s1.c_str() << endl; s1 += " "; s1 += "a"; s1 += "a"; s1 += "a"; s1 += "a"; s1 += "a"; s1 += "a"; s1 += " "; s1 += "string"; cout << s1.c_str() << endl; }
输出:
insert 接口
实际上STL的string 实现了很多比较冗余的重载,
作为学习,我们就只实现最核心的调用方法。
insert我们实现两种重载:
void insert(size_t pos, size_t n, char ch) { } void insert(size_t pos, const char* str) { }
先来实现第一种,插入一种字符:
void insert(size_t pos, size_t n, char ch) { assert(pos <= _size); if (_size + n > _capacity) { // 至少扩容到_size + n reserve(_size + n); } // 挪动数据 size_t end = _size; while (end >= pos && end != npos) { _str[end + n] = _str[end]; end--; } // 填值 for (size_t i = 0; i < n; i++) _str[pos + i] = ch; _size += n; }
第二种,插入一个字符串:
实现方法都是相似的:
void insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { // 至少扩容到_size + len reserve(_size + len); } // 挪动数据 size_t end = _size; while (end >= pos && end != npos) { _str[end + len] = _str[end]; end--; } // 填值 for (size_t i = 0; i < len; i++) _str[pos + i] = str[i]; _size += len; }
我们来测试一下:
void test5() { xl::string s1("hello"); cout << s1.c_str() << endl; s1.insert(5, 3, 'x'); s1.insert(0, "string "); cout << s1.c_str() << endl; }
输出:
erase 接口
如果删除的字符超过了有的字符,或者是没有说明删除的字符数,就全部删完:
void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); if (len == npos || pos + len >= _size) { _size = pos; _str[pos] = '\0'; } else { size_t end = pos + len; while (end <= _size) { _str[pos++] = _str[end++]; } _size -= len; } }
我们可以测试一下:
void test5() { xl::string s1("hello"); cout << s1.c_str() << endl; s1.insert(5, 3, 'x'); s1.insert(0, "string "); cout << s1.c_str() << endl; s1.erase(10, 3); cout << s1.c_str() << endl; s1.erase(2, 100); cout << s1.c_str() << endl; }
输出:
find 接口
如果是单个字符,直接找就行了:
size_t find(char ch, size_t pos = 0) { for (size_t i = pos; i < _size; i++) { if (_str[i] == ch) return i; } return npos; }
字符串的话我们用strstr暴力匹配就行:
size_t find(const char* str, size_t pos = 0) { const char* ptr = strstr(_str + pos, str); if (ptr) return ptr - _str; else return npos; }
substr 接口
截取字符串的操作:
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); size_t n = len + pos; if (len == npos || pos + len > _size) { n = _size; } string tmp; tmp.reserve(n); for (size_t i = pos; i < n; i++) { tmp += _str[i]; } return tmp; }
来测试一下:
void test6() { xl::string s1("hello string"); cout << s1.c_str() << endl; size_t pos = s1.find('s'); cout << s1.substr(pos, 3).c_str() << endl; pos = s1.find('s'); cout << s1.substr(pos, 100).c_str() << endl; }
输出:
clear 接口
顺便实现一下:
void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; }
流插入和流提取
这个我们需要实现在类外,因为操作符的顺序要求,
先来看流插入:
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) { for (auto e : s) cout << e; return out; }
再来看流提取:
istream& operator>>(istream& in, string& s) { s.clear(); char ch = in.get(); while (ch != ' ' && ch != '\n') { s += ch; ch = in.get(); } return in; }
测试时间~
void test7() { string s1; cin >> s1; cout << s1 << endl; }
输出:
5. 用于比较的操作符重载函数
我们还是一样的操作,先实现两个,在复用到全部:
operator<
我们用库函数memcmp实现:
bool operator<(const string& s) { int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size); return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0; }
operator==
bool operator==(const string& s) { return memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size) == 0; }
其它复用
bool operator<=(const string& s) { return *this < s || *this == s; } bool operator>(const string& s) { return !(*this <= s); } bool operator>=(const string& s) { return !(*this < s); } bool operator!=(const string& s) { return !(*this == s); }
6. 源码分享
#pragma once #include <iostream> #include <string> #include <assert.h> #include <string.h> using namespace std; namespace xl { class string { private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; const static size_t npos = -1; // 可以这样用,但不建议,违背了C++的语法准则(建议声明和定义分离) public: string(const char* str = "") : _size(strlen(str)) , _capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1]; memcpy(_str, str, _size + 1); } 传统写法 //string(const string& s) { // _str = new char[s._capacity + 1]; // memcpy(_str, s._str, s._size + 1); // _size = s._size; // _capacity = s._capacity; //} // 现代写法 string(const string& s) : _str(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) { string tmp(s._str); swap(tmp); } 传统写法 //string& operator=(const string& s) { // if (this != &s) { // char* tmp = new char[s._capacity + 1]; // memcpy(tmp, s._str, s._size + 1); // delete[] _str; // _str = tmp; // } // return *this; //} void swap(string& tmp) { ::swap(_str, tmp._str); ::swap(_size, tmp._size); ::swap(_capacity, tmp._capacity); } // 现代写法 string& operator=(string tmp) { swap(tmp); return *this; } ~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } public: 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; } public: void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; memcpy(tmp, _str, _size + 1); delete[] _str; _str = tmp; _capacity = n; } } void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n < _size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else { reserve(n); for (size_t i = _size; i < n; i++) { _str[i] = ch; } _size = n; _str[_size] = '\0'; } } void push_back(char ch) { if (_size == _capacity) { // 2倍扩容 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } _str[_size] = ch; _size++; _str[_size] = '\0'; } void append(const char* str) { size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { // 至少扩容到 _size + len reserve(_size + len); } memcpy(_str + _size, str, len + 1); _size += len; } string& operator+=(char ch) { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } void insert(size_t pos, size_t n, char ch) { assert(pos <= _size); if (_size + n > _capacity) { // 至少扩容到_size + n reserve(_size + n); } // 挪动数据 size_t end = _size; while (end >= pos && end != npos) { _str[end + n] = _str[end]; end--; } // 填值 for (size_t i = 0; i < n; i++) _str[pos + i] = ch; _size += n; } void insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { // 至少扩容到_size + len reserve(_size + len); } // 挪动数据 size_t end = _size; while (end >= pos && end != npos) { _str[end + len] = _str[end]; end--; } // 填值 for (size_t i = 0; i < len; i++) _str[pos + i] = str[i]; _size += len; } void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); if (len == npos || pos + len >= _size) { _size = pos; _str[pos] = '\0'; } else { size_t end = pos + len; while (end <= _size) { _str[pos++] = _str[end++]; } _size -= len; } } size_t find(char ch, size_t pos = 0) { 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 = 0) { const char* ptr = strstr(_str + pos, str); if (ptr) return ptr - _str; else return npos; } string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); size_t n = len + pos; if (len == npos || pos + len > _size) { n = _size; } string tmp; tmp.reserve(n); for (size_t i = pos; i < n; i++) { tmp += _str[i]; } return tmp; } public: char& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _str[pos]; } char& operator[](size_t pos) const { assert(pos < _size); return _str[pos]; } bool operator<(const string& s) { int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size); return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0; } bool operator==(const string& s) { return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0; } bool operator<=(const string& s) { return *this < s || *this == s; } bool operator>(const string& s) { return !(*this <= s); } bool operator>=(const string& s) { return !(*this < s); } bool operator!=(const string& s) { return !(*this == s); } const char* c_str() const { return _str; } size_t size() const { return _size; } void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; } }; ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) { for (auto e : s) cout << e; return out; } istream& operator>>(istream& in, string& s) { s.clear(); char ch = in.get(); while (ch != ' ' && ch != '\n') { s += ch; ch = in.get(); } return in; } }
写在最后:
以上就是本篇文章的内容了,感谢你的阅读。
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