库中是如何实现string类的?

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🍉本篇简介:>:讲解如何模拟实现C++中的string类.
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前言

我们先认识一下string类的框架.

class string{public://成员函数private:char* _str;                 //字符串指针 size_t _capacity;           //容量size_t _size;               //当前字符有效个数}:

框架图:

一、构造函数与析构函数

(1) 无参构造:

我们可以试着看一下库里面是如何赋值的?

	std::string s1;cout << "s1= " << s1 << endl;

所以,对于无参构造,我们只需要将*str赋值为空串就行了.

注意:
""(中间没有空格)

(2) 使用常量字符串构造

1. 先计算字符串的长度.
2. 将长度值赋值给_size 和_capacity .
3. 申请一块为_capacity+1大小的空间.(+1是为了存储'\0')
4. 将字符串中的值按字节拷贝至string类中的_str.

代码实现:

//全缺省构造函数,,默认初始化为空字符
string(const char* str = "")//无参也是调用这个 {_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];//里面其实有一个字符'\0'// strcpy(_str, str);              //遇到'\0'结束拷贝,也会吧'\0'拷贝过去memcpy(_str, str, _size + 1);}

(3) 拷贝构造

这里注意实现深拷贝即可.

string(const string& s)       //注意这里+const  普通对象可以调用,const对象也可以调用
{_size = s._size;_capacity = s._capacity;_str = new char[_capacity + 1];//需要多一个字节存放,字符'\0'memcpy(_str,s._str,s._size+1);      
}

(4) 析构函数

析构函数注意释放动态申请的空间即可.

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

二、capacity相关操作

(1) reserve函数

reserve():请求改变容量的大小,类似于扩容从操作.

1. 向堆区申请一块n+1大小的新空间.
2. 将旧空间的数据拷贝到新空间,
3. 释放旧空间
4. _str指向新空间
5. 更新容量capacity

void reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){//申请一块新空间char* tmp = new char[n + 1];memcpy(tmp, _str, _size + 1);//不建议使用strcpy,可能存在中间有'\0'的强开delete[] _str;//释放旧空间_str = tmp;_capacity = n;}
}

(2) resize函数

resize():用于改变字符串的有效字符长度.不够的地方用第二个参数填充.

步骤:

1. 如果n<size(即n<当前长度):
   ①直接在n位置处赋值为’\0’.
   ②_size更新为n

2. 如果n>=size:
   ①调用扩容函数,扩容至n大小.
   ②超出部分用字符'c'填充
   ③更新_size,并在最后一个位置设置为’\0’

代码实现:

  void resize(size_t n, char c = '\0'){if (n < _size){_str[n] = '\0';_size = n;}else{reserve(n);//无论需不要扩容,不需要扩容时reserve内部会什么也不做,需要扩容时,reserve会扩容.memset(_str + _size, c, n - _size);_size = n;_str[_size] = '\0';}}

(3) empty函数

如果_size值为0,则为空,返回true.
否则返回false;

  bool empty()const{//size=0则为空,返回truereturn _size == 0 ? true : false;}

(4) size和capacity函数

这两个函数,直接返回值即可.

	size_t size()const{return _size;}size_t capacity()const{return _capacity;}

三、访问与遍历

(1) 迭代器

迭代器的介绍

C++迭代器是一个用于遍历容器（如vector、list、set等）中的元素的对象。迭代器的作用类似于指针，可以通过解引用操作符（*）获取容器中的元素值，也可以通过自增操作符（++）移动迭代器指向下一个元素。迭代器可以访问容器中的元素，也可以修改容器中的元素值。

注意迭代器的定义,迭代器是左闭右开的区间.

public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;//普通迭代器iterator begin(){return _str;             //返回第一个字符位置}iterator end(){return _str + _size;     //返回最后一个有效字符的下一个位置}//常类迭代器const const_iterator begin()const{return _str;             //返回第一个字符位置}const const_iterator end()const{return _str + _size;     //返回最后一个有效字符的下一个位置}

(2)下标访问符 方括号[ ]重载

返回_str中第index的位置

 char& operator[](size_t index){//判断位置是否合法assert(index >= 0 && index < _size);return *(_str + index);}const char& operator[](size_t index)const{assert(index >= 0 && index < _size);return *(_str + index);}

四、修改与查找

(1) push_back函数

push_back尾部插入一个字符

在进行插入操作之前,要先考虑扩容的情况.

需要注意的是,如果采用无参构造,刚开始容量是0.
这就导致是初次扩容,容量开始是0,所以这里要判断扩容前,容量是否是0,再考虑1.5倍或者二倍扩容.

void push_back(char c)
{if (_size + 1 > _capacity){//如果capacity是0,则无法进行1.5倍扩容//reserve(_capacity * 1.5);reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 1.5);//扩容多少没有标准,2倍或者1.5倍扩容都可,}_str[_size] = c;_size++;        //有效数据+1_str[_size] = '\0';
}

(2) append函数

append尾部追加字符串

 void append(const char* str){int sz=strlen(str);//如果容量不够,就申请新空间if (_size + sz > _capacity){reserve(_capacity +sz);}//追加新的字符串memcpy(_str + _size, str, sz);_size += sz;_str[_size] = '\0';}

(3) find函数

在string中查找目标字符,通过遍历比较.
第二个参数表示从pos位置开始查找.

顺序查找即可

size_t find(char c, size_t pos = 0) const
{assert(pos < _size);for (int i = pos; i < _size; i++){if (_str[i] == c){return i;}}return npos;
}

字符串匹配:查找string类的中的目标字串

字符串匹配算法,这里简化,直接调用库函数strstr,就不手撕算法了.

 // 返回子串s在string中第一次出现的位置size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);const char* ptr = strstr(_str + pos, s);//通过调用库函数strstr找到字符串出现的位置的指针if (ptr){return ptr - _str;}else{return npos;}}

(4) insert函数

在pos位置插入一个字符:
老规矩,先扩容,学过数据结构的小伙伴应该知道,需要先移动数据再进行插入数据操作.

顺序表任意位置插入

// 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置string& insert(size_t pos, char c)
{assert(pos >= 0 && pos<= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 1.5);}int i = 0;//移动数据for (i = _size; i > pos - 1; i--){_str[i] = _str[i - 1];}_str[pos - 1] = c;_size++;return *this;
}

在pos位置插入一段字符串:

这里在移动数据时,注意0号位置插入时移动.
如果我们只是将前面的数据直接往后移动字符串长度大小的位置,则到插入0号位置时,前面的数据是非法的,此处设计时,需要注意.

string& insert(size_t pos, const char* str)
{assert(pos >= 0 && pos <= _size);int sz = strlen(str);//如果容量不够,就申请新空间if (_size + sz > _capacity){reserve(_capacity + sz);}int i = 0;//移动数据,这里需要注意0号位置插入时是否移动数据非法.size_t end = _size;while (end >= pos && end != npos){_str[end + sz] = _str[end];--end;}//插入字符串for (i = pos; i <pos+sz; i++){_str[i] = str[i-pos];}_size+=sz;return *this;
}

(5) erase函数

erase:删除从pos位置开始往后len长度的元素,并返回删除后的string.

 // 删除pos位置上的元素，并返回该元素的下一个位置string& erase(size_t pos, size_t len=npos){assert(pos <= _size);if (len == npos || pos + len >= _size)//如果要求删除的长度+pos超过了string中有效字符的长度{_size = pos;_str[_size] = '\0';}else{size_t end = pos + len;while (end <= _size){_str[pos++] = _str[end++];}_size -= len;}return *this;}

五、运算符重载

(1) 流运算符重载

采用友元函数的方式,实现流提取与流插入运算符重载.

流插入运算符

 ostream& operator<<(ostream& _cout, const cjn::string& s)//记得包在cjn命名空间里面{//在实现了迭代器的情况下,可以使用范围forfor (auto& in : s)      //依次取出string类中的全部字符,插入进流{_cout << in;}return _cout;   //返回输出流}

流提取运算符

 istream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear();//如果s中本身有数据,先将有效数据清除char ch = in.get();//处理缓冲区的空格和换行,因为可能有人先输入了空格或者换行导致读取数据失败while (ch == ' ' || ch == '\n'){ch = in.get();}//有效数据插入进schar buff[128];//为了避免从小的容量一次次扩容int i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;//将读取到的数据先存放进临时数组if (i == 127)//只有等数据满127时,才将数据插入进s{buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();//继续获取有效数据}if (i != 0)//最后,如果buff数组中还有数据,则将这些剩余数据插入{buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}

(2) 比较运算符重载

两个字符串比较,我们利用memcmp函数比较两字符串中较短字符串的长度位数.
然后根据memcmp返回值进行进一步判断.

 bool operator<(const string& s){int length = s._size;//谁短,length就等于谁if (_size < length)   length = _size;int ret=memcmp(_str, s._str, length);if (ret == 0)//如果短的 与长的前半部分相等{if (_size< s._size)//比比较的字符串短,则<成立,true{return true;}return false;}if(ret==-1)//表示右操作数大,<满足return true;if (ret == 1)//表示左操作数大,<不满足return false;}

三目运算符写起来可能不大好理解,但是代码看起来很简洁

 bool operator<(const string& s) const{int ret = memcmp(_str, s._str, _size < s._size ? _size : s._size);//按短的进行比较//如果ret==0,则比较长度,s长则返回真,否则返回假//ret!=0则-1表示真,1表示假return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;                      }

其他运算符直接复用或者比较简单,这里不做解释.

bool operator<=(const string& s){return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s){return !(*this <= s);}bool operator>=(const string& s){return !(*this < s);}bool operator==(const string& s){if (memcmp(_str, s._str, _size) == 0){if (_size == s._size){return true;}return false;}}bool operator!=(const string& s){return !(*this == s);}

博主能力有限,无法严格按照库中的方法实现,比如采用内存池等技术,还有部分函数并未实现,模拟实现string的目的只是为了我们更好的理解string类,而不是真正让我们去写一个库函数.
拜拜了.