C++ 的一个常见面试题是让你实现一个 String 类，限于时间，不可能要求具备 std::string 的功能，但至少要求能正确管理资源。具体来说：
- 能像 int 类型那样定义变量，并且支持赋值、复制。
- 能用作函数的参数类型及返回类型。
- 能用作标准库容器的元素类型，即 vector/list/deque 的 value_type。（用作 std::map 的 key_type 是更进一步的要求，本文从略）。
换言之，你的 String 能让以下代码编译运行通过，并且没有内存方面的错误。
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void
foo(String x)
{
}
void
bar(
const
String& x)
{
}
String baz()
{
String ret(
"world"
);
return
ret;
}
int
main()
{
String s0;
String s1(
"hello"
);
String s2(s0);
String s3 = s1;
s2 = s1;
foo(s1);
bar(s1);
foo(
"temporary"
);
bar(
"temporary"
);
String s4 = baz();
std::vector<String> svec;
svec.push_back(s0);
svec.push_back(s1);
svec.push_back(baz());
svec.push_back(
"good job"
);
}
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本文给出我认为适合面试的答案，强调正确性及易实现（白板上写也不会错），不强调效率。某种意义上可以说是以时间（运行快慢）换空间（代码简洁）。
首先选择数据成员，最简单的 String 只有一个 char* 成员变量。好处是容易实现，坏处是某些操作的复杂度较高（例如 size() 会是线性时间）。为了面试时写代码不出错，本文设计的 String 只有一个 char* data_成员。而且规定 invariant 如下：一个 valid 的 string 对象的 data_ 保证不为 NULL，data_ 以 '\0' 结尾，以方便配合 C 语言的 str*() 系列函数。
其次决定支持哪些操作，构造、析构、拷贝构造、赋值这几样是肯定要有的（以前合称 big three，现在叫 copy control）。如果钻得深一点，C++11的移动构造和移动赋值也可以有。为了突出重点，本文就不考虑 operator[] 之类的重载了。
这样代码基本上就定型了：
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#include <utility>
#include <string.h>
class
String
{
public
:
String()
: data_(
new
char
[1])
{
*data_ =
'\0'
;
}
String(
const
char
* str)
: data_(
new
char
[
strlen
(str) + 1])
{
strcpy
(data_, str);
}
String(
const
String& rhs)
: data_(
new
char
[rhs.size() + 1])
{
strcpy
(data_, rhs.c_str());
}
/* Delegate constructor in C++11
String(const String& rhs)
: String(rhs.data_)
{
}
*/
~String()
{
delete
[] data_;
}
/* Traditional:
String& operator=(const String& rhs)
{
String tmp(rhs);
swap(tmp);
return *this;
}
*/
String& operator=(String rhs)
// yes, pass-by-value
{
swap(rhs);
return
*
this
;
}
// C++ 11
String(String&& rhs)
: data_(rhs.data_)
{
rhs.data_ =
nullptr
;
}
String& operator=(String&& rhs)
{
swap(rhs);
return
*
this
;
}
// Accessors
size_t
size()
const
{
return
strlen
(data_);
}
const
char
* c_str()
const
{
return
data_;
}
void
swap(String& rhs)
{
std::swap(data_, rhs.data_);
}
private
:
char
* data_;
};
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注意代码的几个要点：
- 只在构造函数里调用 new char[]，只在析构函数里调用 delete[]。
- 赋值操作符采用了《C++编程规范》推荐的现代写法。
- 每个函数都只有一两行代码，没有条件判断。
- 析构函数不必检查 data_ 是否为 NULL。
- 构造函数
String(const char* str)没有检查 str 的合法性，这是一个永无止境的争论话题。这里在初始化列表里就用到了 str，因此在函数体内用 assert() 是无意义的。
这恐怕是最简洁的 String 实现了。
练习1：增加 operator==、operator<、operator[] 等操作符重载。
练习2：实现一个带 int size_; 成员的版本，以空间换时间。
练习3：受益于右值引用及移动语意，在 C++11 中对 String 实施直接插入排序的性能比C++98/03要高，试编程验证之。（g++的标准库也用到了此技术。）
