六、string类
7. string类的模拟实现
我们在上文简单实现了string类的构造函数。不知道大家有没有发现一个问题，我们在进行实现无参的构造函数时，初始化列表将 _str 初始化为 nullptr 了，但是这里真的可以初始化为 nullptr 吗？要仔细想一想，当不提供参数的时候，我们是应该得到一个空指针还是一个空串？对，我们应该是得到一个空串，空串末尾是携带 ‘\0’ 的。我们在修改上次的问题的同时，再将两个函数给合并成一个缺省函数。
// string.h 头文件下 #pragma once #include<iostream> namespace my { class string { public: // 默认是空串而不是空指针 string(const char* str = "") :_size(strlen(str)) { _capacity = _size; _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, str); } private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; }; }
OK，接下来实现析构函数。
~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; }
析构函数没什么好说的，接下来我们来实现一下字符串的遍历。
首先要实现的就是 size 函数了，遍历需要知道字符串的长度。
// 加 const 使其成为 const 成员函数，使 const 对象也能调用这个函数 size_t size() const { return _size; }
遍历方法①：下标 + [] 遍历
// 引用返回，可读可写 inline char& operator[](size_t pos) { // 越界检查 // assert函数需要： #include<assert.h> assert(pos < _size); // _str是字符数组 return _str[pos]; }
写了这么多了，我们来使用一下。
// test.cpp 源文件下 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) { std::cout << s[i]; } std::cout << std::endl; return 0; }
nice！但是，我们要知道，下标访问支持可读可写，但是const对象不支持，所以刚刚那个函数不支持const对象，于是我们得重载一个针对于const对象的下标访问函数。
// 针对 const对象 的可读不可写，加 & 是为了减少拷贝 inline const char& operator[](size_t pos) const { assert(pos < _size); return _str[pos]; }
访问容量函数：
size_t capacity() const { return _capacity; }
遍历方法②：迭代器。我们之前介绍了，迭代器是类似指针的东西，但是它不一定是指针！ 但是我们这里可以就把它当作指针来实现。
// string.h 头文件下 #pragma once #include<iostream> #include<assert.h> namespace my { class string { public: // 底层是原生指针的迭代器 typedef char* iterator; iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str + _size; } // 默认是空串而不是空指针 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; } // 加 const 使其成为 const 成员函数，使 const 对象也能调用这个函数 size_t size() const { return _size; } // 引用返回，可读可写 inline char& operator[](size_t pos) { assert(pos < _size); return _str[pos]; } // 针对 const对象 的可读不可写，加 & 是为了减少拷贝 inline const char& operator[](size_t pos) const { assert(pos < _size); return _str[pos]; } size_t capacity() const { return _capacity; } private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; }; }
来跑一跑：
// test.cpp源文件下 #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); //for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) //{ // std::cout << s[i]; //} //std::cout << std::endl; for (auto e : s) { std::cout << e; } std::cout << std::endl; return 0; }
由于 范围for 底层就是替换成迭代器的形式，所以这里使用 范围for 来验证迭代器的实现。
没问题，接下来就是为 const对象 来实现专门的 const_iterator 了。
typedef const char* const_iterator; const_iterator begin() const { return _str; } const_iterator end() const { return _str + _size; }
反向迭代器咱们就不去实现了，咱们学到后面了在谈。
接下来实现 string类 的修改。①push_back 尾插。首先先实现扩容函数 reserve 。
void reserve(size_t n) { // 只有要扩容的大小比当前容量大才能扩容 if (n > _capacity) { // 开辟新空间，考虑 '\0' 的空间 char* tmp = new char[n + 1]; // 拷贝 strcpy(tmp, _str); // 释放旧空间 delete[] _str; // 更改指针指向 _str = tmp; _capacity = n; } }
void push_back(char ch) { if (_size == _capacity) { // 扩容2倍 reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity); } _str[_size] = ch; ++_size; _str[_size] = '\0'; }
接下来是②append追加函数。
void append(const char* str) { size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } // 从末尾开始，拷贝新字符串 strcpy(_str + _size, str); _size += len; }
接下来是③重载 +=
string& operator+=(char ch) { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; }
由于我们还没有实现流插入和流提取函数，所以我们无法直接输出我们的字符串，但是我们可以实现 c_str() 函数，这个函数的作用是将 string类型 的字符串转换成C语言的字符数组。
char* c_str() { // 返回字符数组就好 return _str; }
再来跑跑：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); //for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) //{ // std::cout << s[i]; //} //std::cout << std::endl; /*for (auto e : s) { std::cout << e; } std::cout << std::endl;*/ s += '!'; s += "YYYYYYYYY"; std::cout << s.c_str() << std::endl; return 0; }
④insert 和 erase
// 在 pos 位置插入一个字符 void insert(size_t pos, char ch) { assert(pos <= _size); if (_size == _capacity) { // 扩容2倍 reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity); } // 小细节 size_t end = _size + 1; while (end > pos) { _str[end] = _str[end - 1]; --end; } _str[pos] = ch; ++_size; }
注意细节：end 选择的是每次右移的移动终点，如果是起点，会写成 end = _size; end >= pos 当 pos 等于 0 时，由于end和pos都是无符号整形，end不可能比 0 小，所以就会死循环，当end处于右侧时则完美解决了这个问题。
// 从 pos 开始，删除 len 个字符，如果 len 是 npos ，则全删 void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos < _size); // pos + len >= _size 可能会溢出 if (len == npos || len >= _size - pos) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } strcpy(_str + pos + len, _str + pos); _size -= len; }
跑跑看：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); //for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) //{ // std::cout << s[i]; //} //std::cout << std::endl; /*for (auto e : s) { std::cout << e; } std::cout << std::endl;*/ //s += '!'; //s += "YYYYYYYYY"; //std::cout << s.c_str() << std::endl; s.insert(5, 'T'); std::cout << s.c_str() << std::endl; s.erase(8); std::cout << s.c_str() << std::endl; return 0; }
接下来是 resize 。
void resize(size_t n, char ch = '\0') { // 比 size 小则删除 if (n <= _size) { _str[n] = '\0'; _size = n; } else { // 比size大则填充 reserve(n); for (size_t i = _size; i < n; ++i) { _str[i] = ch; } _str[n] = '\0'; _size = n; } }
再看看：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); //for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) //{ // std::cout << s[i]; //} //std::cout << std::endl; /*for (auto e : s) { std::cout << e; } std::cout << std::endl;*/ //s += '!'; //s += "YYYYYYYYY"; //std::cout << s.c_str() << std::endl; //s.insert(5, 'T'); //std::cout << s.c_str() << std::endl; //s.erase(8); //std::cout << s.c_str() << std::endl; s.resize(5); std::cout << s.c_str() << std::endl; s.resize(20, 'Q'); std::cout << s.c_str() << std::endl; return 0; }
写了这么多成员函数，但是没有写拷贝构造函数。有人可能会说哈，拷贝构造函数是默认成员函数，不写编译器也会自动生成，我们不需要写，但是真的不需要写吗？我们之前说过，编译器默认生成的拷贝构造都是浅拷贝，按字节一个一个拷贝，我们来看看下图：
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include"string.h" using namespace my; int main() { string s("hello,world"); // 拷贝构造 string s2(s); return 0; }
我们发现这里拷贝构造出来的 s2 和 s 的 _str 指向同一块空间，这就是浅拷贝导致的，这样的情况会使：操作其中一个，另一个也会改变，同一块空间会被析构两次，产生报错。所以说默认的拷贝构造函数不一定好，我们需要自己实现一个深拷贝的拷贝构造函数。
string(const string& s) { _str = new char[s._capacity + 1]; strcpy(_str, s._str); _size = s._size; _capacity = s._capacity; }
不一样了。
