STL中的string类的用法以及模拟实现-阿里云开发者社区

1. 标准库中的string类

1.1 string类简介

字符串是表示字符序列的类
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。
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。
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。
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：

string是表示字符串的字符串类
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。
string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string；
不能操作多字节或者变长字符的序列。

另外要注意的是：

在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

1.2 string类常见接口

string类对象的常见构造

函数名称	功能说明
string()	构造空的string类对象，即空字符串
string(const char* s)	用C-string来构造string类对象

string(size_t n, char c)	string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)	拷贝构造函数

void Teststring()
{
  string s1; // 构造空的string类对象s1
  string s2("hello world"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
  string s3(s2); // 拷贝构造s3
}

string所有的构造函数。

string类对象的容量操作

函数名称	功能
size	返回字符串有效字符长度
length	返回字符串有效字符长度
capacity	返回容量大小

empty	检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false
clear	清空有效字符
reverse	为字符串预留空间
resize	将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符填充

注意：

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()。
clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
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。
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。

string类对象的访问及遍历操作

函数名称	功能
operator[]	返回pos位置的字符，const string类对象调用
begin + end	begin获取第一个字符的迭代器，end获取最后一个字符下一个位置的迭代器

rbegin + rend	rbegin获取最后一个字符的迭代器，rend获取第一个字符前一个位置的迭代器
范围for	C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

string类对象的修改操作

函数名称	功能
push_back	在字符串后尾插字符c
append	在字符串后追加一个字符串
operator+=	在字符串后追加字符串str

c_str	返回C格式字符串
find	从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置
rfind	从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
substr	在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

注意：

在string尾部追加字符时，s.push_back(c）、s.append(1, c) 、 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。
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。

string类非成员函数

函数名称	功能
operator+	尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
operator>>	输入运算符重载

operator<<	输出运算符重载
getline	获取一行字符串
relational operators	关系运算符重载

2. 深拷贝与浅拷贝

2.1 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。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷贝。

2.2 深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。

3. string类的模拟实现

3.1 传统版写法的string类

class string
{
public:
  string(const char* str = "")
  {
    // 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下
    if(nullptr == str)
    {
      assert(false);
      return;
    }
    _str = new char[strlen(str) + 1];
    strcpy(_str, str);
  }
  string(const string& s)
    : _str(new char[strlen(s._str)+1])
  {
    strcpy(_str, s._str);
  }
  string& operator=(const string& s)
  {
    if(this != &s)
    {
      char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
      strcpy(pStr, s._str);
      delete[] _str;
      _str = pStr;
    }
    return *this;
  }
  ~string()
  {
    if(_str)
    {
      delete[] _str;
      _str = nullptr;
    }
  }
private:
  char* _str;
};

3.2 现代版写法的string类

class string
{
public:
  string(const char* str = "")
  {
    if(nullptr == str)
    str = "";
    _str = new char[strlen(str) + 1];
    strcpy(_str, str);
  }
  string(const string& s)
    : _str(nullptr)
  {
    string strTmp(s._str);
    swap(_str, strTmp._str);
  }
  // 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
  string& operator=(string s)
  {
    swap(_str, s._str);
    return *this;
  }
  ~string()
  {
    if(_str)
    {
      delete[] _str;
      _str = nullptr;
    }
  }
private:
  char* _str;
};

3.3 写时拷贝

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

string模拟实现完整代码

#pragma warning(disable : 4996)
#pragma once
#include<iostream>
#include<algorithm>
using std::cout;
using std::cin;
using std::ostream;
using std::istream;
using std::endl;
using std::exception;
#include<assert.h>
class string
{
  friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s);
  friend istream& operator>>(istream& _cin, string& s);
public:
  typedef char* iterator;
  typedef const char* const_iterator;
  iterator begin()
  {
    return _str;
  }
  iterator end()
  {
    return _str + _size;
  }
  错误实现 导致const对象也可以修改
  //iterator begin()const
  //{
  //  return _str;
  //}
  //iterator end()const
  //{
  //  return _str + _size;
  //}
  const_iterator begin()const
  {
    return _str;
  }
  const_iterator end()const
  {
    return _str + _size;
  }
  string(const char* str = "")
    :_size(strlen(str))
    , _capacity(_size)
  {
    _str = new char[_capacity + 1];
    strcpy(_str, str);
  }
  传统写法
  //string(const string& s)
  //  :_size(strlen(s._str))
  //  ,_capacity(_size)
  //{
  //  _str = new char[strlen(s._str) + 1];
  //  strcpy(_str, s._str);
  //}
  void swap(string&s )
  {
    std::swap(_str, s._str);
    std::swap(_size, s._size);
    std:: swap(_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];
  //    strcpy(tmp, _str);
  //    delete[] _str;
  //    _str = tmp;
  //    _size = s._size;
  //    _capacity = s._capacity;
  //    //if (_str != NULL)
  //    //{
  //    //  
  //    //  char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1];
  //    //  strcpy(tmp, s._str);
  //    //  delete[] _str;
  //    //  _str = tmp;
  //    //  _size = s._size;
  //    //  _capacity = s._capacity;
  //    //}
  //  }
  //  return *this;
  //}
  现代写法 1、
  //string& operator=(const string& s)
  //{
  //  if (this != &s)
  //  {
  //    string tmp(s._str);
  //    swap(tmp);
  //  }
  //  return *this;
  //}
   2、
  string& operator=(string s)
  {
    swap(s);
    return *this;
  }
  char& operator[](size_t pos)
  {
    assert(pos < _size);
    return _str[pos];
  }
  const char& operator[](size_t pos)const
  {
    assert(pos < _size);
    return _str[pos];
  }
  ~string()
  {
    if (_str)
    {
      delete[] _str;
      _str = nullptr;
      _size = _capacity = 0;
    }
  }
  const char* c_str() const
  {
    return _str;
  }
  size_t size() const 
  {
    return _size;
  }
  size_t capacity()const
  {
    return _capacity;
  }
  void push_back(const char ch)
  {
    //if (_size == _capacity)
    //{
    //  //if(_capacity==0?)
    //  reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
    //}
    //_str[_size] = ch;
    //++_size;
    //_str[_size] = '\0';
    insert(_size, ch);
  }
  string& operator+=(const char ch)
  {
    push_back(ch);
    return *this;
  }
  string& operator+=(const char* str)
  {
    append(str);
    return *this;
  }
  void reserve(size_t n)
  {
    if (n > _capacity)
    {
      char* tmp = new char[n + 1];
      strcpy(tmp, _str);
      delete[] _str;
      _str = tmp;
      _capacity = n;
    }
  }
  void resize(size_t n, const char ch = '\0')
  {
    if (n < _size)
    {
      _size = n;
      _str[_size] = '\0';
    }
    else
    {
      if (n > _capacity)
      {
        reserve(n);
      }
      for (size_t i = _size; i < n; ++i)
      {
        _str[i] = ch;
      }
      _size = n;
      _str[_size] = '\0';
    }
  }
  void append(const char* str)
  {
    //size_t len = _size + strlen(str);
    //if (len > _capacity)
    //{
    //  reserve(len);
    //}
    //strcpy(_str + _size, str);
    //_size = len;
    insert(_size, str);
  }
  string& insert(size_t pos, char ch)
  {
    assert(pos <= _size);
    if (_size == _capacity)
    {
      reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
    }
    错误代码
    //size_t end = _size;
    //while (end >= pos)
    //{
    //  _str[end + 1] = _str[end];
    //  --end;
    //}
    //int end = _size;
    //while (end >= (int)pos)
    //{
    //  _str[end + 1] = _str[end];
    //  --end;
    //}
    size_t end = _size + 1;
    while (end > pos)
    {
      _str[end] = _str[end - 1];
      --end;
    }
    _str[pos] = ch;
    return *this;
  }
  string& insert(size_t pos, const char* str)
  {
    assert(pos <= _size);
    size_t len = strlen(str);
    if (len == 0)
    {
      return *this;
    }
    if (_size + len > _capacity)
    {
      reserve(_size + len);
    }
    size_t end = _size + len;
    while (end > pos+len-1)
    {
      _str[end] = _str[end-len];
      end--;
    }
    //for (int i = 0; i < len; i++, pos++)
    //{
    //  _str[str + pos] = str[i];
    //}
    strncpy(_str + pos, str, len);
    _size = _size + len;
    return *this;
  }
  string& erase(size_t pos = 0, 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;
    }
    return *this;
  }
  // 返回c在string中第一次出现的位置
  size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
  {
    for (; pos < _size; ++pos)
    {
      if (_str[pos] == ch)
      {
        return pos;
      }
    }
    return npos;
  }
  // 返回子串s在string中第一次出现的位置
  size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const
  {
    const char* p = strstr(_str + pos, str);
    if (p == nullptr)
    {
      return npos;
    }
    else
    {
      return p - str;
    }
  }
  void clear()
  {
    _str[0] = '\0';
    _size = 0;
  }
private:
  char* _str;
  size_t _size;
  size_t _capacity;
  //const static size_t npos = -1;
  const static size_t npos;
};
const size_t string::npos = -1;
bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
  return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
}
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
  return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
}
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
  return (s1 < s2)||(s1==s2);
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
  return !(s1 <= s2);
}
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
  return !(s1 < s2);
}
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
  return !(s1 == s2);
}
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
  //out << s.c_str();//不打印'\0'
  for (auto ch : s)
  {
    out << ch;
  }
  return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
  //char ch;
  //ch = in.get();
  //while (ch != ' ' && ch != '\n')
  //{
  //  s += ch;
  //  ch = in.get();
  //}
  s += ch;
  //return in;
  s.clear();
  char ch;
  ch = in.get();
  char buff[128] = { '\0' };
  size_t i = 0;
  while (ch != ' ' && ch != '\n')
  {
    buff[i++] = ch;
    if (i == 127)
    {
      s += buff;
      memset(buff, '\0', 128);
      i = 0;
    }
    ch = in.get();
  }
  s += buff;
  return in;
}

STL中的string类的用法以及模拟实现