【C++】string类的模拟实现

一、经典的string类问题

上一期，我们已经对string类有了简单的了解，大家能正常使用即可。在面试中，面试官喜欢让同学们自己来模拟实现string类，主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。请看以下string类的实现是否有问题：

// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
 /*String()
 :_str(new char[1])
 {*_str = '\0';}
 */
 //String(const char* str = "\0") 错误示范
 //String(const char* str = nullptr) 错误示范
 String(const char* str = "")
 {
 // 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非 if (nullptr == str)
 {
 assert(false);
 return;
 }
 _str = new char[strlen(str) + 1];
 strcpy(_str, str);
 }
 ~String()
 {
 if (_str)
 {
 delete[] _str;
 _str = nullptr;
 }
 }
private:
 char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
 String s1("hello bit!!!");
 String s2(s1);
}

说明：上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

 深拷贝：给每个对象独立分配资源，保证多个对象之间不会因为共享资源而导致多次释放造成程序崩溃问题。

1.传统版本的string类：

class String
{
public:
 String(const char* str = "")
 {
 // 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非 if (nullptr == str)
 {
 assert(false);
 return;
 }
 _str = new char[strlen(str) + 1];
 strcpy(_str, str);
 }
 String(const String& s)
 : _str(new char[strlen(s._str) + 1])
 {
 strcpy(_str, s._str);
 }
 String& operator=(const String& s)
 {
 if (this != &s)
 {
 char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
 strcpy(pStr, s._str);
 delete[] _str;
 _str = pStr;
 }
 return *this;
 }
 ~String()
 {
 if (_str)
 {
 delete[] _str;
 _str = nullptr;
 }
 }
private:
 char* _str;
};

2.现代版本的string类：

class String
{
public:
 String(const char* str = "")
 {
 if (nullptr == str)
 {
 assert(false);
 return;
 }
 _str = new char[strlen(str) + 1];
 strcpy(_str, str);
 }
 String(const String& s)
 : _str(nullptr)
 {
 String strTmp(s._str);
 swap(_str, strTmp._str);
 }
 // 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
 String& operator=(String s)
 {
 swap(_str, s._str);
 return *this;
 }
 /*
 String& operator=(const String& s)
 {
 if(this != &s)
 {
 String strTmp(s);
 swap(_str, strTmp._str);
 }
 return *this;
 }
 */
 ~String()
 {
 if (_str)
 {
 delete[] _str;
 _str = nullptr;
 }
 }
private:
 char* _str;
};

二、string类的模拟实现代码

namespace bit
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;
 
	public:
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
		string(const char* str = "")
			:_size(strlen(str))
		{
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		//s2(s1)
		string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}
		//s1 = s3
		string& operator=(const string& s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(tmp, s._str);
			delete[] _str;
 
			_str = tmp;
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
			return *this;
		}
		~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;
		}
		
		//遍历 && capacity
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		size_t capacity() const
		{
			return _capacity;
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
 
			return _str[pos];
		}
		const char& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < _size);
 
			return _str[pos];
		}
		bool empty() const
		{
			return _str == nullptr;
		}
		
		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n <= _size)
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
 
				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_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;
			}
		}
		
		// modify
		void push_back(char ch)
		{
			//扩容2倍
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
			}
			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';
		}
		void append(const char* str)
		{
			//扩容
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + _capacity);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
 
			return *this;
		}
		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
 
			return *this;
		}
 
		void clear() 
		{
			_size = 0;
			_str[_size] = '\0';
		}
		/*void swap(string& s)
		{
			string tmp = s;
			
		}*/
		// 在pos位置上插入字符ch/字符串str
 
		void insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			//扩容2倍
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
			}
			size_t end = _size + 1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				end--;
			}
			_str[pos] = ch;
			_size++;
		}
 
		void insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				//扩容
				reserve(_size + len);
			}
 
			size_t end = _size + len;
			while (end > pos + len - 1)
			{
				_str[end--] = _str[end - len];
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;
		}
 
		// 删除pos位置上的元素
 
		void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			if (len == npos || len >= _size - pos)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= len;
			}
		}
 
		void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}
 
		// 返回ch在string中第一次出现的位置
 
		size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
 
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (ch == _str[i])
					return i;
			}
			return npos;
		}
 
		// 返回子串sub在string中第一次出现的位置
 
		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
		{
			assert(pos < _size);
 
			const char* p = strstr(_str + pos, sub);
			if (p)
			{
				return p - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
		}
		string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
		{
			string sub;
			if (len >= _size - pos)
			{
				for (size_t i = pos; i < _size; i++)
				{
					sub += _str[i];
				}
			}
			else
			{
				for (size_t i = pos; i < pos + len; i++)
				{
					sub += _str[i];
				}
			}
			return sub;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	public:
		static const int npos;
	};
	const int string::npos = -1;
 
	bool operator==(const string& s1, const string& s2)
	{
		int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
		return ret == 0;
	}
	bool operator<(const string& s1, const string& s2)
	{
		int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
		return ret < 0;
	}
	bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return (s1 < s2) || (s1 == s2);
	}
	bool operator>(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 <= s2);
	}
	bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 < s2);
	}
	bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(s1 == s2);
	}
 
	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
 
		char ch;
		ch = in.get();
		char buff[128];
		size_t i = 0;
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				buff[127] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
 
		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
	istream& getline(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
 
		char ch;
		ch = in.get();
		char buff[128];
		size_t i = 0;
		while (ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				buff[127] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
 
		if (i > 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
}