C++番外篇——string类的实现-阿里云开发者社区

0. 写在前面的话

在C++入门7——string类使用说明书中，我们已经了解了string类如何使用的一些情况，string类无非就是存在三个私有变量：

一个是string类的容量：size_t _capacity;

一个是string类有效字符的长度：size_t _size;

最后一个是string类的字符数组：char* _str;

现在我们就依据此来模拟实现一下string类的若干需求。

1. string类构造函数的实现

在实现string类构造函数之前，我们应该明确一个问题：string类是需要进行增删查改的，所以对string类构造函数的无参初始化不能简简单单的就将_size和_capacity置为0、将_str只开1字节的空间存'\0'，正如下面这个错误示范：

//error:
class
{
public:
    string()
      :_str(new char[1])
      ,_size(0)
      ,_capacity(0)
    {
      _str[0] = '\0';
    }
private:
}

因此我们采用先动态开辟空间，再调用strcpy函数将实参_str拷贝进形参str，以便于后面的增删查改。

1.1 字符串常量初始化

string(const char* str = " ")
    {
      _size = strlen(str);//调用strlen函数计算str的长度
      _capacity = _size;
      _str = new char[_capacity + 1];//_str开空间比_capacity多1是为了存'\0'
      //先动态开辟空间，再将str写进_str，便于后期的增删查改
      strcpy(_str, str);//调用strcpy函数将str拷贝进_str
    }

1.2 拷贝构造

拷贝构造一：

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

拷贝构造二：（=运算符重载）

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

2. 析构函数和计算size、capacity简单函数的实现

①析构函数：

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

②计算size：

size_t size() const
    {
      return _size;
    }

③计算capacity：

size_t capacity() const
    {
      return _capacity;
    }

3. c_str函数

首先我们要知道的是：

c_str()就是将C++的string转化为C的字符串数组，c_str()生成一个const char *指针，指向字符串的首地址。

因为在c语言中没有string类型，必须通过string类对象的成员函数 c_str() 把 string 转换成c中的字符串样式。

所以为了省去重载string类的流插入和流提取运算符，我们直接实现c_str函数，进而利用c_str函数实现打印功能。

//将const string类型转化为const char*类型
    const char* c_str() const
    {
      return _str;
    }

4. 访问函数实现

4.1 迭代器iterator

我们知道，迭代器的begin和end是：

begin获取一个有效字符的迭代器 +，end获取最后一个有效字符下一个位置的迭代器

而在C++入门7——string类使用说明书中，我们用到迭代器时：

iterator是一个像指针一样的类型，*it 可以理解为指针的解引用，那么就可以使用解引用来修改字符：

int main()
{
  string s1("hello world!");
    string::iterator it = s1.begin();
  while (it != s1.end())
  {
    cout << *it << endl;
    ++it;
  }
  return 0;
}

依据此我们就可以将string类的iterator理解为指针（当然其底层不完全是指针）：

①普通迭代器可读可写：

typedef char* iterator;
 
    iterator begin()
    {
      return _str;
    }
    iterator end()
    {
      return _str + _size;
    }

②const迭代器可读不可写：

typedef const char* const_iterator;
 
    const_iterator begin() const
    {
      return _str;
    }
    const_iterator end() const
    {
      return _str + _size;
    }

4.2 下标+[]访问

①普通函数，可读可写：

char& operator[](size_t pos)
    {
      assert(pos <= _size);
      return _str[pos];
    }

②const函数，可读不可写：

const char& operator[](size_t pos) const
    {
      assert(pos <= _size);//检查pos是否合法
      return _str[pos];
    }

5. reserve（提前开空间函数实现）

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

6. 插入函数

6.1 尾插

①push_back函数实现（尾插字符）：

void push_back(char ch)
    {
      if (_size == _capacity)
      {
        size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
        reserve(newCapacity);
      }
      _str[_size] = ch;
      _size++;
      _str[_size] = '\0';
    }

②append插入实现（尾插字符串）：

void append(const char* str)
    {
      size_t len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      strcpy(_str + _size, str);//将str拷贝进_str的末尾
      _size += len;
    }

6.2 +=运算符重载

①插入字符：

string& operator+=(char ch)
    {
      push_back(ch);//复用push_back
      return *this;
    }

②插入字符串：

string& operator+=(const char* str)
    {
      append(str);//复用append
      return *this;
    }

6.3 insert插入实现

①插入字符：

void insert(size_t pos, char ch)
    {
      assert(pos <= _size);
      if (_size == _capacity)
      {
        size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
        reserve(newCapacity);
      }
      size_t end = _size + 1;
      while (end > pos)
      {
        _str[end] = _str[end - 1];
        --end;
      }
      _str[pos] = ch;
      _size++;
    }

②插入字符串：

void insert(size_t pos, const char* str)
    {
      assert(pos <= _size);
      size_t len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      int end = _size;
      while (end >= (int)pos)
      {
        _str[end + len] = _str[end];
        --end;
      }
      strncpy(_str + pos, str, len);//用memcpy也可，注意不能再用strcpy，因为strcpy会导致目标缓冲区溢出！
      _size += len;
    }

7.删除函数

7.1 pop_back函数实现（尾删）

void pop_back()
    {
      assert(_size > 0);
      _size--;
      _str[_size] = '\0';
    }

7.2 erase函数实现（删除指定位置）

void erase(size_t pos, size_t len = npos)
    {
      assert(pos < _size);
      if (len == npos || pos + len >= _size)
      {
        _str[pos] = '\0';
        _size = pos;
      }
      else
      {
        strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
        _size -= len;
      }
    }

8. 查找函数

①查找字符：

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;
    }

②查找字符串：

size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
    {
      const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
      if (ptr == nullptr)
      {
        return npos;
      }
      else
      {
        return ptr - _str;
      }
    }

9.取string子串(substr)函数实现

string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
    {
      assert(pos < _size);
      size_t end = pos + len;
      if (len == npos || pos + len >= _size)
      {
        end = _size;
      }
      string str;
      str.reserve(end - pos);
      for (size_t i = pos; i < end; i++)
      {
        str += _str[i];
      }
      return str;
    }

10. 修改（swap）

void swap(string& s)
    {
      //调用std库中的swap来实现string的交换函数
      std::swap(_str, s._str);
      std::swap(_size, s._size);
      std::swap(_capacity, s._capacity);
    }

源代码(string.h)：

#pragma once
 
#include <iostream>
#include <assert.h>
 
using namespace std;
 
namespace xxk
{
  class string
  {
  public:
 
    //构造函数实现
 
    //字符串常量初始化
    string(const char* str = " ")
    {
      _size = strlen(str);//调用strlen函数计算str的长度
      _capacity = _size;
      _str = new char[_capacity + 1];//_str开空间比_capacity多1是为了'\0'
      //先动态开辟空间，再将str写进_str，便于后期的增删查改
      strcpy(_str, str);//调用strcpy函数将str拷贝进_str
    }
    //拷贝构造①
    string(const string& s)
    {
      _str = new char[s._capacity + 1];
      strcpy(_str, s._str);
      _size = s._size;
      _capacity = s._capacity;
    }
    //拷贝构造②
    string& operator=(const string& s)
    {
      if (this != &s)
      {
        char* tmp = new char[s._capacity + 1];
        strcpy(tmp, s._str);
        delete[] _str;
 
        _str = tmp;
        _size = s._size;
        _capacity = s._capacity;
      }
      return *this;
    }
 
 
    //析构函数实现
    ~string()
    {
      delete[] _str;
      _str = nullptr;
      _size = 0;
      _capacity = 0;
    }
 
    //计算size函数实现
    size_t size() const
    {
      return _size;
    }
    //计算capacity函数实现
    size_t capacity() const
    {
      return _capacity;
    }
 
    //将const string类型转化为const char*类型
    const char* c_str() const
    {
      return _str;
    }
 
    //访问函数实现
 
    //迭代器访问
    //①普通迭代器
    typedef char* iterator;
 
    iterator begin()
    {
      return _str;
    }
    iterator end()
    {
      return _str + _size;
    }
    //②const迭代器
    typedef const char* const_iterator;
 
    const_iterator begin() const
    {
      return _str;
    }
    const_iterator end() const
    {
      return _str + _size;
    }
 
    //下标+[]访问
    //①const成员函数，可读不可写
    const char& operator[](size_t pos) const
    {
      assert(pos <= _size);//检查pos是否合法
      return _str[pos];
    }
    //②普通成员函数，可读可写
    char& operator[](size_t pos)
    {
      assert(pos <= _size);
      return _str[pos];
    }
 
    //reserve（提前开空间函数实现）
    void reserve(size_t n)
    {
      if (n > _capacity)
      {
        char* tmp = new char[n + 1];
        strcpy(tmp, _str);
        delete[] _str;
        _str = tmp;
        _capacity = n;
      }
    }
 
    //插入函数
 
    //尾插
    //①push_back函数实现（尾插字符）
    void push_back(char ch)
    {
      if (_size == _capacity)
      {
        size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
        reserve(newCapacity);
      }
      _str[_size] = ch;
      _size++;
      _str[_size] = '\0';
    }
    //②append插入实现（尾插字符串）
    void append(const char* str)
    {
      size_t len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      strcpy(_str + _size, str);//将str拷贝进_str的末尾
      _size += len;
    }
    //+=插入实现
    //①插入字符
    string& operator+=(char ch)
    {
      push_back(ch);//复用push_back
      return *this;
    }
    //②插入字符串
    string& operator+=(const char* str)
    {
      append(str);//复用append
      return *this;
    }
    //insert插入实现
    //①插入字符
    void insert(size_t pos, char ch)
    {
      assert(pos <= _size);
      if (_size == _capacity)
      {
        size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
        reserve(newCapacity);
      }
      size_t end = _size + 1;
      while (end > pos)
      {
        _str[end] = _str[end - 1];
        --end;
      }
      _str[pos] = ch;
      _size++;
    }
    //②插入字符串
    void insert(size_t pos, const char* str)
    {
      assert(pos <= _size);
      size_t len = strlen(str);
      if (_size + len > _capacity)
      {
        reserve(_size + len);
      }
      int end = _size;
      while (end >= (int)pos)
      {
        _str[end + len] = _str[end];
        --end;
      }
      strncpy(_str + pos, str, len);//用memcpy也可，注意不能再用strcpy，因为strcpy会导致目标缓冲区溢出！
      _size += len;
    }
 
    //删除函数
 
    //①pop_back函数实现（尾删）
    void pop_back()
    {
      assert(_size > 0);
      _size--;
      _str[_size] = '\0';
    }
    //erase函数实现（删除指定位置）
    void erase(size_t pos, size_t len = npos)
    {
      assert(pos < _size);
      if (len == npos || pos + len >= _size)
      {
        _str[pos] = '\0';
        _size = pos;
      }
      else
      {
        strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
        _size -= len;
      }
    }
 
    //string中swap函数的实现
    void swap(string& s)
    {
      //调用std库中的swap来实现string的交换函数
      std::swap(_str, s._str);
      std::swap(_size, s._size);
      std::swap(_capacity, s._capacity);
    }
 
    //查找函数find函数实现
 
    //①查找字符
    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;
    }
    //②查找字符串
    size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
    {
      const char* ptr = strstr(_str + pos, str);
      if (ptr == nullptr)
      {
        return npos;
      }
      else
      {
        return ptr - _str;
      }
    }
 
    //取string子串(substr)函数实现
    string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
    {
      assert(pos < _size);
      size_t end = pos + len;
      if (len == npos || pos + len >= _size)
      {
        end = _size;
      }
      string str;
      str.reserve(end - pos);
      for (size_t i = pos; i < end; i++)
      {
        str += _str[i];
      }
      return str;
    }
  private:
    size_t _capacity;
    size_t _size;
    char* _str;
    const static size_t npos = -1;
  };
}

C++番外篇——string类的实现