[C++]string类模拟实现

目录

前言：

1. string框架构造

2. 默认函数

2.1 构造函数

2.2 析构函数

2.3 拷贝构造

2.4 赋值重载

3. 迭代器

 4. 整体程序

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前言：

        本篇文章模拟实现了C++中string的部分功能，有助于大家了解和熟悉string类，虽然这个类不难实现，但是其中有些小细节还是可以细细品味的。

1. string框架构造

        我们得知道编写一个类的首要步骤不是直接开写代码，而是需要思考这个类需要用什么样的数据结构？需要准备哪些参数，这个类的作用域在哪里等等内容。

        首先，咱们知道string类是有多个版本的，不同版本下的string类的变量是不同的，就我所知，在vs下string的实现是下方的格式，实际上比我写的要复杂，但是能够表示。

class string{
 private:

        size_t _size;

        size_t _capacity;

        char*  _buf;

        char   _arr[16];

};

        这样做的用处主要是空间换取时间，当我们只是一个小字符串，那么就直接将数据存到了_arr的数组当中，因为是直接写在类里面的数组，所以就省去了向堆申请空间这一过程，如果数据大于了_arr数组大小，那么系统才会向堆申请空间。所以在vs下的string类有28个字节。

        在Linux下则不同，string类有8个字节，结构如下：至于为什么是8个字节，那是因为Linux下跑C++代码默认是64位机哦，我现在还不会改为32位运行，请原谅博主。

class string{

private:

        m_string* _point;

}

         其中m_string是一个自定义类型，里面存了和vs下差不多样式的变量，只不过没有数组的存在，如下：

class m_string{

        size_t _size;

        size_t _capacity;

        char* _buf;

};

         这样做是因为Linux有一个特性，那就是赌，它赌我们在拷贝时不需要更改，不改那么他就直接将指针指向这个空间，一旦需要更改，那他就会触发写时拷贝这个牛技术。如下图：

        对此我只能是表示，这些大佬们写代码是真牛哇，为了提升代码效率都能卷成这样了，我们自己的实现就不用这么高级的操作了，太难写了。既然是为了理解string类，所以我决定用下方的结构：（简单清楚好写）

class string{   

 private:
        char* _buf;
        size_t _size;
        size_t _capacity;
};

        还有一点，我们的这个类尽量写在一个自己的命名空间当中，防止与库中的string起冲突。

如下：

namespace yf
{class string{   private:char* _buf;size_t _size;size_t _capacity;};
}

2. 默认函数

2.1 构造函数

        先看一下C++库中提供的构造函数：

        真是有够恐怖的，这提供的接口有点猛，不过我们呢也不需要写这么多，写几个常用的就好。还有就是这些接口设计得有一些不合理，比如说default和from c-string两个函数很明显是可以写为一个函数的，以缺省参数来表示的，不过也能理解，毕竟C++是为了兼容C的。

代码：

//构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str))
{_capacity = _size;			_buf = new char[_capacity + 1];strcpy(_buf, str);
}

        上方我讲解了可以用缺省参数来合并两个函数接口，但是大家再不看我的代码之前能想出来吗？除此之外，我还想了两个方法，一个是 ‘ ’，另一个是“\0”，有人看出不对了吗，这两个方式都是不行的，第二种倒也不是不行，而是太多余了，本身“”里面就已经有了一个‘\0’了显得我们不够专业，那这可不行。第一种用字符方式缺省那是真的错得离谱，我们之后可是要用字符串呢，用字符接收？这很明显不行哇，所以这种情况是一定要避免的。不然以后去公司面试，让我们写个类都乱写，简历上还写着熟悉C++，这不扯淡嘛。还有一点，为了保持new空间和delete保持一致，

        然后我们的构造函数当中还用了初始化列表这一概念，通过我们传入的字符串长度去初始化_size，然后_capacity又在下方被赋值，再为_buf向堆上申请_capacity+1个字节大小的空间，为什么加1，当然是为了存我们的'\0'哇，小笨蛋，最后再使用strcpy函数将字符拷贝到我们的空间当中。

 测试用例：

void test1()
{yf::string str1;yf::string str2("hello");yf::string str3("good morning xxxxxxxxxxxxx");
}

2.2 析构函数

        大伙们回忆一下，为什么我们要有析构函数？因为我们向堆空间申请了空间了，所以需要释放，避免造成内存泄漏的过程。

//析构
~string()
{delete[] _buf;_size = 0;_capacity = 0;
}

        看着这里释放内存的方式是delete[] _buf，也就与我们的构造函数对应起来了，如果构造函数的缺省参数是‘’的话，这里就不好析构，就得分情况，这不是脱了裤子放屁——多此一举嘛。

2.3 拷贝构造

        拷贝构造和构造差不多，我也就不多做解释了，只是要注意参数得用引用。

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

2.4 赋值重载

        如果是没有数据的重载，好，简单，但是呢，我的这个字符串本来是有数据的，另外被拷贝对象有大于的情况，有小于的情况，有等于的情况，如果拷贝错误怎么办？原来的数据这么办？这一些列的问题问下来还简单嘛？依然简单，只不过多数人在一时间想不到完全实现功能的代码罢了。

//赋值重载
string& operator=(const string& str)
{//不能自己拷贝自己if (this != &str){//当前容量大于被拷贝对象并不多时if (_capacity - str._capacity < 10){strcpy(_buf, str._buf);_capacity = str._capacity;_size = str._size;}else{//考虑到new失败的情况char* temp = new char[str._capacity + 1];strcpy(temp, str._buf);delete[] _buf;_capacity = str._capacity;_size = str._size;}}return *this;
}

         请看我的代码，首先我们不能直接赋值给自己，这样会让我们把数据给delete掉了，导致整个程序出BUG了还不知道，这是很危险的。然后呢，我还考虑到了，当当前对象的容量大于被拷贝对象，并且大于的值并不多时，可以直接拷贝，不用delete后再整个赋值，节省了时间。

        在下方需要delete的过程中，我们需要考虑到当new失败之后会怎么样，所以不能先释放掉原空间，需要创建一个变量去接收被拷贝对象的数据，如果new失败了，外部的try会直接接收到。

3. 迭代器

        说起string类等一系列库类，里面都是提供了迭代器的，我们也模仿着在我们的类里面实现迭代器，我们呢还是从简，用指针来实现迭代器，不过我们不能将迭代器理解为指针，只是指针能够实现。

定义：

typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;

对应接口： 

//迭代器begin
iterator begin()
{return _buf;
}
const_iterator begin() const
{return _buf;
}//迭代器end
iterator end()
{return _buf + _size;
}const_iterator end() const
{return _buf + _size;
}

        此时，我们的string类就能实现范围for这个语法糖了，至于为什么能实现，我只能说，范围for底层就是迭代器。

测试：

void test2()
{const yf::string str1("hello world");yf::string::const_iterator it = str1.begin();while (it != str1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : str1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

 4. 整体程序

        其余的函数都是对于string类的补充，比如reserve、resize、+=、[]、<<、>>函数等等，博主很懒，并且认为这些大家都是有基础能实现的所以就不做讲解了，附下代码：

#pragma once#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using std::cout;
using std::cin;
using std::endl;namespace yf
{class string{friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& str);friend std::istream& operator>>(std::istream& in, yf::string& str);public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;//构造函数string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size;			_buf = new char[_capacity + 1];strcpy(_buf, str);}//拷贝构造string(const string& str){_capacity = str._capacity;_size = str._size;_buf = new char[str._capacity + 1];strcpy(_buf, str._buf);}//赋值重载string& operator=(const string& str){//不能自己拷贝自己if (this != &str){//当前容量大于被拷贝对象并不多时if (_capacity - str._capacity < 10){strcpy(_buf, str._buf);_capacity = str._capacity;_size = str._size;}else{//考虑到new失败的情况char* temp = new char[str._capacity + 1];strcpy(temp, str._buf);delete[] _buf;_capacity = str._capacity;_size = str._size;}}return *this;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _buf[pos];}const char& operator[](size_t pos) const{assert(pos < _size);return _buf[pos];}//tidy_capacityvoid reserve(size_t n);void resize(size_t n, char c = '\0');//addvoid push_back(char c);void append(const string& str);void append(const char* s);string& operator+=(char c){push_back(c);return *this;}string& operator+=(const string& str){append(str);return *this;}string& operator+=(const char* s){append(s);return *this;}//insertstring& insert(size_t pos, size_t n, char c);string& insert(size_t pos, const char* s);string& insert(size_t pos, const string& str);//迭代器beginiterator begin(){return _buf;}const_iterator begin() const{return _buf;}//迭代器enditerator end(){return _buf + _size;}const_iterator end() const{return _buf + _size;}//输出void print() const{cout << _buf << endl;}const char* c_str() const{return _buf;}//大小size_t size() const {return _size;}//容量size_t capacity() const{return _capacity;}//匹配字符size_t find_first_of(char c, size_t pos = 0){const_iterator it = begin();it += pos;while (it != end()){if (*it == c){return (it - begin());}it++;}return -1;}//获取字串string substr(size_t pos = 0, size_t len = -1) const;//析构~string(){delete[] _buf;_size = 0;_capacity = 0;}const size_t npos = -1;private:char* _buf;size_t _size;size_t _capacity;};
}

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1#include"string.h"//tidy_capacity->reserve
void yf::string::reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){char* temp = new char[n + 1];strcpy(temp, _buf);delete[] _buf;_buf = temp;_capacity = n;}
}//tidy_capacity->resize
void yf::string::resize(size_t n, char c)
{//长度小于_size时，需要删除n位置后的数据if (n < _size){_size = n;_buf[_size] = '\0';}else{//当n>_size有两种情况，大于capacity和小于capacityif (n > _capacity){//大于需要扩容操作reserve(n);					//复用reserve}//二者都有同样的需求，对后面的数据初始化为cwhile (_size != n){_buf[_size] = c;++_size;}_buf[_size] = '\0';}
}//add
void yf::string::push_back(char c)
{if (_size + 1 > _capacity){//加一预防_capacity初始为0reserve(2 * _capacity + 1);}_buf[_size++] = c;_buf[_size] = '\0';
}void yf::string::append(const string& str)
{if (_size + str._size > _capacity){reserve(_size + str._size);}size_t len = str._size;int i = 0;while (i!=len){_buf[_size++] = str[i];i++;}_buf[_size] = '\0';
}void yf::string::append(const char* s)
{size_t len = strlen(s);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}while (*s != '\0'){_buf[_size++] = *s;s++;}_buf[_size] = '\0';
}//insert 
yf::string& yf::string::insert(size_t pos, size_t n, char c)
{if (_size + n > _capacity){reserve(_size + n);}size_t end = _size + n;while (end - n + 1 > pos){_buf[end] = _buf[end - n];--end;}for (size_t i = 0; i < n;++i){_buf[pos + i] = c;}_size += n;return *this;
}//插入字符串
yf::string& yf::string::insert(size_t pos, const char* s)
{size_t len = strlen(s);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end - len + 1 > pos){_buf[end] = _buf[end - len];--end;}strncpy(_buf + pos, s, len);_size += len;return *this;
}yf::string& yf::string::insert(size_t pos, const yf::string& str)
{size_t len = str._size;if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end - len + 1 > pos){_buf[end] = _buf[end - len];--end;}strncpy(_buf + pos, str._buf, len);_size += len;return *this;
}//获取子串
yf::string yf::string::substr(size_t pos, size_t len)  const
{yf::string::const_iterator it = begin();yf::string temp;it += pos;if (len > size())len = size();while (it != begin() + len){temp += *it;++it;}return temp;
}//流插入
std::ostream& yf::operator<<(std::ostream& out, const yf::string& s)
{for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}//流提取
std::istream& yf::operator>>(std::istream& in, yf::string& s)
{//从缓冲区获取字符char ch = in.get();while (ch != '\n'){s += ch;//记录上一次位置，拿到下一个字符ch = in.get();}return in;
}