C++?STL之string的模擬實現(xiàn)實例代碼
前言
上一章我們對string的常見接口及使用進(jìn)行了講解，接下來我們將對一些常見的接口，包括構(gòu)造函數(shù)，析構(gòu)函數(shù)，運算符重載等等進(jìn)行模擬實現(xiàn).方便我們理解string接口實現(xiàn)的原理.
在講解之前先說一下string的成員變量.
首先是字符串內(nèi)容_str，再是字符串的大小_size,最后是字符串的總?cè)萘看笮?strong>_capacity.
class string
{
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
};構(gòu)造函數(shù)
缺省值是一個空串，再給_str開辟空間時要多開辟一個空間存儲'\0'
開好了空間最后需要把內(nèi)容拷貝到_str.
string(const char* str = "")
{
//這里有個細(xì)節(jié)，就是先計算出_size大小，然后再直接把_size賦值給_capacity,省了一次strlen()的調(diào)用.
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}析構(gòu)函數(shù)
完成對string類成員的資源清理，空間釋放等一些操作.
~string()
{
//釋放_str的空間，并將其指向的空間置為空
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}拷貝構(gòu)造函數(shù)
說到string的拷貝構(gòu)造函數(shù)，這里一定會涉及到深淺拷貝問題.
所以在講解它的拷貝構(gòu)造函數(shù)之前必須先了解它
淺拷貝：也稱位拷貝，編譯器只是將對象中的值拷貝過來。如果對象中管理資源，可能就會導(dǎo)致多個對象共享同一份資源，當(dāng)一個對象銷毀時就會將該資源釋放掉，但是其他的對象不知道該資源已經(jīng)被釋放了，以為資源還有效，所以他們會繼續(xù)對這個資源進(jìn)行訪問。這時就出現(xiàn)了違法訪問。深拷貝就是為了解決淺拷貝的問題。
深拷貝：就是給自己重新開辟一塊空間，并將數(shù)據(jù)拷貝到新開辟的空間中，如果一個類中涉及到資源的管理，其拷貝的構(gòu)造函數(shù)，賦值運算符重載以及析構(gòu)函數(shù)必須要顯式給出。（就是要手動寫，不能用編譯器自動生成的）。一般這種情況都是按照深拷貝方式提供。
所以拷貝的時候，需要重新給_str開辟一塊空間.
string(const string& s)
:_str(new char[s._capacity + 1])
, _size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
strcpy(_str, s._str);
}這里也用圖淺淺的介紹一下淺拷貝和深拷貝的區(qū)別.
operator=賦值運算符重載
正如上一個所說，=賦值運算符也同樣存在深淺拷貝的問題，所以也必須進(jìn)行深拷貝.
它和拷貝構(gòu)造的主要區(qū)別就是：拷貝構(gòu)造是對象還沒有初始化時進(jìn)行拷貝，而賦值運算符重載是對一個已經(jīng)存在的變量進(jìn)行賦值.
當(dāng)然同樣這里也需要深拷貝
也有一些需要注意的問題：例如s1=s2.我們把s2賦值給s1后，那么原本的s1空間該怎么辦呢？
我們的解決方案是：
把原本的s1空間釋放掉，然后再開辟一塊和s2大小相同的空間，再把內(nèi)容從s2拷貝到s1
//= 運算符重載
string& operator=(const string& s)
{
//不能自己賦值給自己
if (this != &s)
{//先釋放掉原本的空間
delete[] _str;
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
return *this;
}c_str
c_str就是返回c語言風(fēng)格的字符串，既返回char*類型字符串，返回字符串首地址即可.
const char* c_str() const
{
return _str;
}為什么加const呢？
第一個const是為了使普通對象和const對象都可以調(diào)用這個函數(shù)，因為權(quán)限只可以縮小，不可以放大.
第二個const是保證函數(shù)體內(nèi)的內(nèi)容不會被改變，既this指針指向的內(nèi)容無法被改變.
operator[]
實現(xiàn)[]重載，是指傳過來一個下標(biāo)index，返回它index下標(biāo)所對應(yīng)的值
目的是讓字符串可以像數(shù)組一樣訪問每一個元素.
char& operator[](size_t index)
{
//下標(biāo)必須小于字符串總大小
assert(index < _size);
return _str[index];
}當(dāng)然為了const對象也可以調(diào)用，我們可以再寫一個const修飾的operator[].
const char& operator[](size_t index) const
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}size()
寫一個函數(shù)，直接返回_size即可
size_t size() const
{
return _size;
}那可能會有人想問了：既然返回_size,那我們直接調(diào)用它這個成員不就行了，為什么還有套一層函數(shù)呢？
這是因為_size是被private修飾的，我們是不能直接訪問私有成員的.
所以需要實現(xiàn)一個公有的函數(shù)間接訪問_size.
capacity()
這個所注意的和size完全一致.
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}empty()
只需要判斷當(dāng)前的size是否等于0即可.
bool empty() const
{
return _size == 0;
}operator+=
這個重載運算符我們上一章講過是可以插入字符或者插入字符串的，這里也分別復(fù)用了push_back和append(),這兩個函數(shù)后面將模擬實現(xiàn).
string& operator+= (const char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+= (const char* str)
{
append(str);
return *this;
}擴(kuò)容函數(shù)(reserve)
調(diào)整容量大小到n
先new一個n+1的新空間，再把原來的數(shù)據(jù)拷貝到新空間中去，然后釋放掉原來的空間，然后將capacity設(shè)置為n.
void reserve(size_t n)
{
//n應(yīng)該大于之前的容量
if (n > _capacity)
{
//先開辟大小為n+1的空間
char* tmp = new char[n + 1];
//將原來的數(shù)據(jù)拷貝到tmp
strcpy(tmp, _str);
//釋放掉原來的數(shù)據(jù)
delete[] _str;
//將擴(kuò)容后的數(shù)據(jù)重新賦給_str
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}畫圖來理解一下它
resize()
resize會有以下兩種情況：
1.若n < _size,既重新調(diào)整后的大小小于原來的大小，會發(fā)生數(shù)據(jù)截斷，只保留前n個字符.
2.若n > _size,這里直接復(fù)用reserve即可
既如果n<_capacity,此時_capacity不發(fā)生變化，多出的空間用ch替代.
如果n>_capacity,此時_capacity需要擴(kuò)容(1.5倍速度，不一定是n),直到最接近為止.
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n > _size)
{
//插入數(shù)據(jù)
//reserve會和容量進(jìn)行比較以及是否需要闊人
reserve(n);
//多余的字符用ch替代
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
//字符串結(jié)束
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
//刪除數(shù)據(jù)
//直接將第n個數(shù)據(jù)改為'\0'，這樣相當(dāng)于將后面的數(shù)據(jù)全部刪除了.
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}push_back()
push_back的作用是在原字符串后上拼接一個字符，首先我們現(xiàn)需要判斷空間是否足夠，如不夠，則需要擴(kuò)容，復(fù)用之前的reserve函數(shù)，再進(jìn)行插入數(shù)據(jù)，最后加上'\0'.
當(dāng)然還可以利用復(fù)用insert()函數(shù)進(jìn)行插入，這個后面再實現(xiàn).
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '/0';
}
}還以復(fù)用insert這樣插入，會使代碼健壯性更強，更加簡潔.
這個inser()函數(shù)后面會實現(xiàn).
insert(_size, ch);
append()
這個與push_back不同的是：push_back()只能插入一個字符，append()只可以插入一個字符串.
這里的問題就出現(xiàn)了，我們不知道追加的字符串長度，自然擴(kuò)容的時候也不知道擴(kuò)大到多少，是2倍還是3倍，所以這里要看插入的字符串的長度len，只要要讓空間開到_size+len.
讓空間滿足最低的情況，能把所有的字符容納下，最后利用strcpy將其數(shù)據(jù)拷貝過來即可.
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size = _size + len;
}當(dāng)然同樣可以復(fù)用insert函數(shù).
insert(_size, str);
下面就該說insert函數(shù)了.
insert()
insert也分為兩種情況：插入一個字符或插入多個字符(字符串)
插入一個字符：方法類似于順序表的插入
string& insert(size_t pos, char ch)
{
//插入的位置必須要與字符串大小
assert(pos <= _size);
//如果空間滿了，則需要擴(kuò)容
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
//插入操作
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}插入多個字符：
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
//先把空間騰出來
size_t end = _size + len;
while (end >= pos + len)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
//再把利用strncpy把指定長度的字符串插入
strncpy(_str + pos, str, len);
_size = _size + len;
}說了插入就該說刪除了.
erase()
這個函數(shù)也比較巧妙，首先輸入兩個參數(shù)：第一個參數(shù)是要開始刪除的下標(biāo)，第二個參數(shù)是要刪除的長度.
首先第二個參數(shù)默認(rèn)缺省值是npos，npos是一個非常大的數(shù).
首先判斷l(xiāng)en是否等于npos或者當(dāng)前位置+len是否大于總長度，若是，則直接將pos位置置為'\0'，后面的元素也就相當(dāng)于刪除了
如果不是，則把pos+len之后的元素拷貝到pos位置之后，這樣就相當(dāng)于刪除了pos~pos+len之間的這一段字符.再把_size-len，相當(dāng)于是一個覆蓋的過程.
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;
}
}find()
也是實現(xiàn)兩個，利用strstr()函數(shù)來查找字符串.
1.如果查找一個字符
如果找到，則直接返回字符所對應(yīng)的下標(biāo)pos，否則返回npos.
2.如果查找一個字符串
對于這種情況，找到字符串后，我們需要返回第一個字符的下標(biāo)，通過指針差值確定目標(biāo)字符串的位置。
1.查找一個字符
思路很簡單，就是利用循環(huán)
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (ch == _str[i])
{
return i;
}
}
return npos;
}2.查找一個字符串
利用strstr函數(shù)，從第pos個位置開始查找，如果找到則返回目標(biāo)字符串的首元素地址，若沒有找到則返回空指針
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
assert(sub);
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}substr()
這個函數(shù)實現(xiàn)比較簡單，復(fù)用之前實現(xiàn)的+=即可
首先計算出實際要切割的長度realLen = len
如果pos+len>_size或者len == npos,則需要重新計算realLen = _size - pos
然后循環(huán)realLen次，創(chuàng)建一個string類型的sub變量，每次利用sub+=這個字符即可.
string substr(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t realLen = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
realLen = _size - pos;
}
string sub;
for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
{
sub += _str[pos + i];
}
return sub;
}比較大小函數(shù)
實現(xiàn)比較大小，只需要實現(xiàn)兩個運算符重載即可：
1. > 或 <其中任意一個
2.==
剩下的>=、<=、!=等等復(fù)用即可.
實現(xiàn)> 或 < 時，利用strcmp比較函數(shù)即可.
bool operator >(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) > 0;
}
bool operator ==(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) == 0;
}
bool operator >= (const string& s) const
{
return *this > s || *this == s;
}
bool operator <(const string& s) const
{
return !(*this >= s);
}
bool operator <=(const string& s) const
{
return !(*this > s);
}
bool operator !=(const string& s)
{
return !(*this == s);
}這樣string的模擬實現(xiàn)基本就完成了，下面是總代碼：
namespace hmylq
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
string(const char* str = "")
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
//拷貝構(gòu)造 - - - 1
string(const string& s)
:_str(new char[s._capacity + 1])
, _size(s._size)
, _capacity(s._capacity)
{
strcpy(_str, s._str);
}
//拷貝構(gòu)造 - - - 2
/* string(const string& s)
:_str(nullptr)
, _size(0)
, _capacity(0)
{
string tmp(s._str);
swap(_str, tmp._str);
swap(_size, tmp._size);
swap(_capacity, tmp._capacity);
}*/
//析構(gòu)函數(shù)
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return _str + _size;
}
/
void push_back(char ch)
{
/*if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '/0';
}*/
insert(_size, ch);
}
string& operator += (char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
void append(const char* str)
{
/*size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size = _size + len;*/
insert(_size, str);
}
string& operator += (const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
//= 運算符重載
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
delete[] _str;
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
return *this;
}
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
void swap(string& tmp)
{
::swap(_str, tmp._str);
::swap(_size, tmp._size);
::swap(_capacity, tmp._capacity);
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
//
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
bool empty() const
{
return _size == 0;
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n > _size)
{
reserve(n);
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
/
char& operator[](size_t index)
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}
const char& operator[](size_t index) const
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}
//
bool operator >(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) > 0;
}
bool operator ==(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) == 0;
}
bool operator >= (const string& s) const
{
return *this > s || *this == s;
}
bool operator <(const string& s) const
{
return !(*this >= s);
}
bool operator <=(const string& s) const
{
return !(*this > s);
}
bool operator !=(const string& s)
{
return !(*this == s);
}
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (ch == _str[i])
{
return i;
}
}
return npos;
}
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
assert(sub);
assert(pos < _size);
const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
size_t end = _size + len;
while (end >= pos + len)
{
_str[end] = _str[end - len];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size = _size + len;
}
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 substr(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t realLen = len;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
realLen = _size - pos;
}
string sub;
for (size_t i = 0; i < realLen; i++)
{
sub += _str[pos + i];
}
return sub;
}
private:
char* _str;
int _size;
int _capacity;
const static size_t npos = -1;
};
}總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++ STL之string的模擬實現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ STL string模擬實現(xiàn)內(nèi)容請搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家！
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