探索C++标准模板库（STL）：String接口的底层实现（下篇）

前引：在C++的面向对象编程中，对象模型是理解语言行为的核心。无论是类的成员函数如何访问数据，还是资源管理如何自动化，其底层机制均围绕两个关键概念展开：this指针与六大默认成员函数。它们如同对象的“隐形守护者”，默默支撑着代码的健壮性与效率。本文将从技术底层出发，结合内存布局、编译器行为与实际案例，深入探讨！

本文目的：

在上篇我们学了各种string接口，此篇用来模拟实现各种接口功能，深入底层了解它的实现，来加深对它的理解，以及功能的熟悉

目录

String模拟实现

打印 

访问字符

迭代器

插入字符/字符串

从pos位置插入字符

从pos位置插入字符串

从pos位置删除字符

从pos位置删除一定字符

寻找标记指定位置

截取指定区间

调整指定大小的空间

调整指定大小的空间+初始化

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String接口模拟实现

打印 

我们可以利用流提取来打印，返回字符串的指针就OK了，可以加上const更完美一点，如下：

//打印
const char* Read()const
{return _allocator;
}

cout提取到char *会默认当做字符串处理 

访问字符

在库里面这种[ ]访问是有两个版本的，一种是只读的，一种是可读可写的，如下：

所以我们要实现两个版本，编译器也会自己去匹配对应的函数：

左边的const是防止返回的对象被修改；右边的const是防止this指针指向的对象被修改

const char& operator[](int size)const
{//检查assert(size <= _size && size >= 0);return _allocator[size];
}
char& operator[](int size)
{//检查assert(size <= _size && size >= 0);return _allocator[size];
}

迭代器

迭代器有两种形式，一种是从前往后访问，一种是从后往前访问，我们这里来实现第一种

 其实iterator是char *类型的，只是在库里面被重定义了，然后实现 begin、end即可

iterator begin()
{return _allocator;
}
iterator end()
{return _allocator + _size;
}
const iterator begin()const
{return _allocator;
}
const iterator end()const
{return _allocator + _size;
}

效果展示：

auto 的底层其实就是迭代器，“换汤不换药”，例如：

插入字符/字符串

开空间：

插入字符/字符串只是插入的个数不同，所以我们可以根据插入的个数来选择扩容+拷贝原来字符串

//开空间
void reserve(size_t pos)
{char* tmp = nullptr;try{//开空间（传来的是最小空间，还要有\o）tmp = new char[pos + 1];}catch (const exception& _allocator){cout << "空间增容失败" << endl;}//拷贝原字符strcpy(tmp, _allocator);//添加\0size_t size = strlen(tmp);tmp[size + 1] = '\0';//转移指向delete[]_allocator;_allocator = tmp;
}
void push_back(char c)
{size_t pos = strlen(_allocator) + 1;reserve(pos);
}
void append(const char* stl)
{size_t pos = strlen(_allocator) + strlen(stl);reserve(pos);
}

 存储：

根据传过来的字符/字符串在空间末尾添加上就行

//存储
void operator+=(char p1)
{_allocator[_size++] = p1;
}
void operator+=(const char* p2)
{strcpy(_allocator + _size, p2);
}

效果展示：

从pos位置插入字符

在某个位置插入字符很简单，我们来实现从pos位置插入 n 个字符

插入流程：

判断pos的合法性、开空间、移动原来字符、插入新字符

注意：

（1）在里面需要注意下标的使用，传的pos究竟是下标还是字符个数

（2）开空间需要注意给\0留位置，以及自动设置末尾的\0

（3）需要更新元素个数

//指定位置插入字符
void insert_t(int pos, int n , char c)
{//pos是个数不是下标//检查位置的合法性assert(pos >= 1 && pos <= _size);//开空间char* tmp = new char[n + _size +1 ];strcpy(tmp, _allocator);tmp[n + _size] = '\0';delete[]_allocator;_allocator = tmp;//更新_size_size += n;//移动原来的字符for (int i = (_size + n); (i-n) >= pos ;i--){_allocator[i - 1] = _allocator[i - n - 1];}//插入新字符for (int i = pos; n > 0; i++){_allocator[i - 1] = c;n--;}
}

效果展示：

从pos位置插入字符串

这个较于插入字符比较简单一些，开空间、插入字符串都没有什么大的变化，如下：

这种需要调试的多，重要的是下标关系，新手可能需要在草稿纸上演示

//指定位置插入字符串
void insert(int pos, const char* _stl)
{//pos是个数不是下标//检查位置的合法性assert(pos >= 1 && pos <= _size);//开空间int n = strlen(_stl);char* tmp = new char[n + _size + 1];strcpy(tmp, _allocator);tmp[n + _size] = '\0';delete[]_allocator;_allocator = tmp;//更新_size_size += n;//移动原来的字符for (int i = (_size ); (i - n) >= pos; i--){_allocator[i - 1] = _allocator[i - n - 1];}//插入新字符int j = 0;for (int i = pos; n > 0; i++){_allocator[i-1] = _stl[j++];n--;}
}

从pos位置删除字符

模拟成员函数：

删除字符不需要去开空间，可以在目标位置插入\0即可，记得更新字符个数

//指定位置删除字符
void erase(size_t pos)
{//判断位置有效性assert(pos >= 1 && pos <= _size);//删除_allocator[pos - 1] = '\0';_size--;
}

从pos位置删除一定字符

这个接口的实现需要挪动后面的元素，整体来说还是很简单的

注意：更新字符个数，新字符串的末尾添加\0

void erase_t(size_t pos, size_t n)
{//判断位置有效性assert(pos >= 1 && (pos+n-1)<=_size);_size -= n;//挪动元素int i = 1;for (i = pos ; _allocator[i + n -1] != '\0' ;  i++){_allocator[i - 1] = _allocator[i + n - 1];}//插上\0_allocator[i-1] = '\0';
}

寻找标记指定位置

模拟库函数：

此函数有多种形式，我们来实现最简单的一种：

给一个位置，从此位置开始寻找目标，如果找到了就返回目标开始的下标位置，否则返回npos

实现思路：

假设给了一个字符串，和开始寻找的位置，从开始位置开始搜寻，遇到可能相同的目标开始确认，找到则返回开始的下标位置，否则返回npos（npos是无符号整型的最大值）

//找指定字符串
size_t find(size_t pos, const char* _stl)
{//判断位置的合法性assert(pos >= 1 && pos <= _size);//从指定位置开始找目标const char* pc = _stl;while (1){//找到可能目标if (_allocator[pos - 1] == *_stl){//确认目标int tmp = pos;pc = _stl;while (pc){//开始逐一比较字符if (*pc == _allocator[tmp - 1]){pc++;if (*pc == '\0'){return pos;}tmp++;if (pos >= _size){return npos;}}else{//如果不相等pos++;tmp = pos;break;}}}else{//如果没有找到，就继续，直到pos++;if (pos >= _size){return npos;}}}return npos;
}

效果展示：

截取指定区间

此函数通常是与上面标记的函数同时使用，由标记的函数先找指定位置，然后再截取，需要注意给的区间的有效性

原理：

截取一端区间打印即可

//截取指定位置
void substr(size_t p1, size_t p2)
{//判断范围assert(p2 <= _size && p1 >= 1);size_t pos = 1;//找左区间while (_allocator[p1 - 1] != _allocator[pos-1]){pos++;}//开始打印while ((pos-1) != p2){cout << _allocator[pos-1];pos++;}cout << endl;
}

效果展示：

调整指定大小的空间

我们模拟的resize，输入空间大小，将自动开辟指定大小的空间，没有初始化操作

//开空间
void reserve(size_t pos)
{char* tmp = nullptr;try{//开空间（传来的是最小空间，还要有\o）tmp = new char[pos + 1];}catch (const exception& _allocator){cout << "空间增容失败" << endl;}//拷贝原字符strcpy(tmp, _allocator);//添加\0size_t size = strlen(tmp);tmp[pos] = '\0';//转移指向delete[]_allocator;_allocator = tmp;
}

调整指定大小的空间+初始化

调整规则：

           如果 size_t 大于当前字符串长度，则将剩余的字符初始化为指定的内容，否则转为空格

           如果 size_t 小于当前字符串长度，则缩短为其前 n 个字符，并删除超出第 n 个字符的字符

如果小于_size直接缩短即可，如果大于我们又要麻烦的分情况，所以我们统一处理为开空间

void resize(size_t n, char c = '\0')
{//对n判断assert(n >= 1);//判断n的大小if (n < _size){//缩短字符串_allocator[n - 1] = '\0';}else{//开空间reserve(n);//初始化for (size_t i = _size; i < n; i++){_allocator[i] = c;}}
}

效果展示：

                                               【雾非雾】期待与你的下次相遇！