【C++】 string类的模拟实现

目录

一、我们先创建三个文件分别为 String.h（声明）、String.cpp（定义）、teat.cpp（测试）

二、成员函数 

构造函数与析构函数

🌟string()

🌟string(const char* str)

🌟~string() 

🌟深拷贝string(const string& s) 

遍历字符串

🌟operator[ ]

🌟iterator 迭代器

对内容的修改

🌟reserve 开空间

🌟push_back 尾插

🌟append 尾插字符串

🌟operator+= 字符串追加

🌟insert 在指定位置插入字符或字符串

🌟erase 删除

🌟find 查找字符或字符串

🌟substr 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

几个重载函数

🌟operator= 赋值重载

🌟operator== / < 等几个比较函数

三、非成员函数 

🌟流插入和流提取

四、完整代码

---

我们实现的是basic_string:

一、我们先创建三个文件分别为 String.h（声明）、String.cpp（定义）、teat.cpp（测试）

二、成员函数 

构造函数与析构函数

🌟string()

空字符串构造：

String::String()
{
	_str = new char[1] {'\0'};
	_size = 0;
	_capacity = 0;
}

这里我们给字符数组分配一个空间大小来储存\0 ，同时设置类的_size和_capacity成员变量的初始值。

 一些细节：

以上涉及到相关的接口实现往接着下看😊 

🌟string(const char* str)

用常量字符串来实例化一个对象：

	String::String(const char* str)
		:_str(new char[strlen(str) + 1])//+1给末尾存储\0
		, _size(strlen(str))
		, _capacity(strlen(str))
	{
		strcpy(_str, str);//用字符串函数将常量字符串拷贝到对象的数组中
	}

我们可以对代码进行优化，可以将上述两个函数通过缺省值合并为一个函数 。

String::String(const char* str="")
	:_size(strlen(str))
{
	_str = new char[_size + 1];// +1是给末尾存储\0
	_capacity = _size;
	strcpy(_str, str); //用字符串函数将常量字符串拷贝到对象的数值中
}

缺省值即为空字符串，初始化列表只为size赋值减少对strlen的多次调用。 

一些细节：

 全缺省参数该怎样声明呢？

🌟~string() 

析构函数

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

🌟深拷贝string(const string& s) 

系统默认的拷贝是浅拷贝，对象拷贝的时候是按字节一个一个拷贝，对内置类型默认生成的拷贝构造就是完成浅拷贝/值拷贝，会导致两个字符串同时指向同一个空间，在析构时可能会造成多次释放使系统崩溃。

 因此需要手动实现深拷贝：

String::String(const String& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];//开新的空间
	strcpy(_str, s._str);//把旧空间的内容拷贝到新的空间
	_size = s._size;
	_capacity = s._capacity;	
}

遍历字符串

首先我们用三个函数来获取三个成员变量：

我们这里设置为const成员函数，使String类对象和const String类对象都可以调用这几个函数。

	const char* String::c_str() const
	{
		return _str;
	}

	size_t String::size() const
	{
		return _size;
	}

	size_t String::capacity() const
	{
		return _capacity;
	}

🌟operator[ ]

<分为两种>

第一种：允许对字符串内容进行修改

	char& String::operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);//string会抛异常
		return _str[pos];//返回值为 char*
	}

第二种：不能修改类的成员变量

const char& String::operator[](size_t pos) const
	{
		assert(pos < _size);
		return _str[pos];//返回值为 const char*
	}

🌟iterator 迭代器

<分为两种>

非常量：

//String.h
   typedef char* iterator;
   iterator begin();
   iterator end();
	
 //String.cpp
    String::iterator String::begin()// char* 
	{
		return _str;
	}

	String::iterator String::end()
	{
		return _str + _size;
	}

常量： 不是本身不可以修改，要保证的是指向的内容不能修改。

//String.h
   typedef const char* const_iterator;
   const_iterator begin() const;
   const_iterator end() const;

//String.cpp
	String::const_iterator String::begin() const//const char*
	{
		return _str;
	}

	String::const_iterator String::end() const
	{
		return _str + _size;
	}

 测试：

	// 封装：屏蔽了底层实现细节，
	// 提供了一种简单通用访问容器的方式
	xlf::String s1("hello world");
	xlf::String::iterator it1 = s1.begin();
	while (it1 != s1.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	for (auto e : s1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	const xlf::String s2("xxxxxxx");

	xlf::String::const_iterator it2 = s2.begin();
	while (it2 != s2.end())
	{
		// *it2 = 'y';//本身不能修改

		cout << *it2 << " ";
		++it2;
	}
	cout << endl;

	for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++)
	{
		//s2[i]++;//本身不能修改
		cout << s2[i] << " ";//只能访问
	}
	cout << endl;

对内容的修改

🌟reserve 开空间

void String::reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)
	{
		char* tmp = new char[n + 1];//开一个更大的空间  +1存储\0
		strcpy(tmp, _str);//拷贝旧空间的内容，到新空间
		delete[] _str;//先释放旧空间

		_str = tmp;//指向新空间
		_capacity = n;//能存储有效字符个数的空间
	}
}

🌟push_back 尾插

	void String::push_back(char ch)
	{
		if (_size == _capacity)//先判断空间的大小
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}

		_str[_size] = ch;
		_str[_size + 1] = '\0';//末尾填上\0
		++_size;
	}

🌟append 尾插字符串

	//"hello" "xxxxxxxxxxxxx"
	//append不能只扩容两倍
	void String::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_size + len);
		}
		strcpy(_str + len, str);//可直接找的\0，直接复制
		_size += len;
	}

🌟operator+= 字符串追加

//非常量
    String& String::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}


//常量
	String& String::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

 重载运算符的返回值：

内置类型用这个运算符的返回值是什么

自定义类型用这个运算符的返回值是什么

例：

int  i ;

i+=  的返回值是 i 

🌟insert 在指定位置插入字符或字符串

在讲insert之前我们先讲一个小知识：

我们知道静态成员变量，是在类内声明，在类外定义的

 补充小知识：

//插入一个字符
	void String::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}
		size_t end = _size;//size初始指向末尾\0位置，将数据不断往后挪，直到腾出pos位置
		while (end >= pos)//当pos位置为0时，end-会变成-1，
                          //而无符号整型-1是一个很大的值，导致无法跳出循环
		{
			_str[end + 1] = _str[end];
			--end;
		}
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}


改进：
    void String::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}
		size_t end = _size + 1;//end初始指向\0的下一个位置
		while (end > pos)//当end=pos时，跳出循环
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			--end;
		}
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}


//插入一个字符串
	void 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;
		}
		memcpy(_str + pos, str, len);
		_size += len;
	}

🌟erase 删除

	void String::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);

		//len大于前面字符个数时，有多少删多少
		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		else//往前覆盖
		{
			//        目标             源
			strcpy(_str + pos, _str + pos + len);//将源字符串复制到目标字符串，包括\0
            //将pos+len的字符串覆盖到pos位置上
			_size -= len;
		}
	}

🌟find 查找字符或字符串

//查找字符
    size_t string::find(char ch, size_t pos)
	{
		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}

		return npos;
	}


//查找字符串
	size_t string::find(const char* sub, size_t pos)
	{
		char* p = strstr(_str + pos, sub);//返回字符串中首次出现子串的地址
		return  p - _str;
	}

🌟substr 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

string string::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		// len大于后面剩余字符，有多少取多少
		if (len > _size - pos)
		{
			string sub(_str + pos);//直接构造
			return sub;
		}
		else
		{
			string sub;
			sub.reserve(len);
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}

			return sub;
		}
	}

几个重载函数

🌟operator= 赋值重载

String& String::operator=(const String& s)
{
	if (this != &s)
	{
		char* tmp = new char[s._capacity + 1];//开一个新的空间（多开一个给\0）
		strcpy(tmp, s._str);//把s._str的内容拷贝到新开的空间
		delete[] _str;//释放旧空间
		_str = tmp;//指向新开的空间
		_size = s._size;//更改指向
		_capacity = s._capacity;//更改指向
	}
	return *this;//连续赋值
}

🌟operator== / < 等几个比较函数

复用：

	bool String::operator<(const String& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;//两个字符串进行比较
	}

	bool String::operator>(const String& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}

	bool String::operator<=(const String& s) const
	{
		return *this < s || *this == s;
	}

	bool String::operator>=(const String& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}

	bool String::operator==(const String& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}

	bool String::operator!=(const String& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}

三、非成员函数 

🌟流插入和流提取

输入是对内容的覆盖，所以我们先实现一个clear()函数来清空字符串

void String::clear()
{
	_str[0] = '\0';
	_size = 0;
}

流插入：

	istream& operator>>(istream& is, String& str)
	{
		str.clear();
		char ch = is.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			str += ch;//连续不断的+=会进行不断地扩容
			ch = is.get();
		}
		return is;
	}

改进：
	istream& operator>>(istream& is, string& str)
	{
		str.clear();

		char buff[128];//缓冲数组
		int i = 0;
		char ch = is.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')//读到空格、换行退出
		{
			buff[i++] = ch;
			//0 - 126
			if (i == 127)
			{
				buff[i] = '\0';
				str += buff;
				i = 0;
			}
			ch = is.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			str += buff;
		}
		return is;
	}

流提取：

	ostream& operator<<(ostream& os, const String& str)
	{
		for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)
		{
			os << str[i];
		}
		return os;
	}

四、完整代码

//string.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

namespace xlf
{
	class String
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin();
		iterator end();

		const_iterator begin() const;
		const_iterator end() const;

		//String();
		String(const char* str = "");
		String(const String& s);
		String& operator=(const String& s);
		~String();

		const char* c_str() const;

		size_t size() const;
		char& operator[](size_t pos);
		const char& operator[](size_t pos) const;

		void reserve(size_t n);

		void push_back(char ch);
		void append(const char* str);

		String& operator+=(char ch);
		String& operator+=(const char* str);

		void insert(size_t pos, char ch);
		void insert(size_t pos, const char* str);
		void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);

		size_t find(char ch, size_t pos = 0);
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0);

		void swap(String& s);
		String substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);

		String& operator=(const String& s);

		bool operator<(const String& s) const;
		bool operator>(const String& s) const;
		bool operator<=(const String& s) const;
		bool operator>=(const String& s) const;
		bool operator==(const String& s) const;
		bool operator!=(const String& s) const;
		void clear();

	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;

		const static size_t npos;
	};
	istream& operator>>(istream& is, String& str);
	ostream& operator<<(ostream& os, const String& str);
}


string.cpp
#include"string.h"

namespace xlf
{
	const size_t String::npos = -1;//要指定类域
	
	String::iterator String::begin()// char* 
	{
		return _str;
	}

	String::iterator String::end()
	{
		return _str + _size;
	}

	String::const_iterator String::begin() const//const char*
	{
		return _str;
	}

	String::const_iterator String::end() const
	{
		return _str + _size;
	}

	String::String(const char* str)
		:_size(strlen(str))
	{
		_str = new char[_size + 1];
		_capacity = _size;
		strcpy(_str, str);
	}

	String::String(const String& s)
	{
		_str = new char[s._capacity + 1];//开新的空间
		strcpy(_str, s._str);
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;	
	}

	String& String::operator=(const String& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity + 1];//开新的空间
			strcpy(tmp, s._str);//把旧空间的内容拷贝到新的空间
			delete[] _str;//释放旧空间
			_str = tmp;
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}
		return *this;
	}
	
	String::~String()
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}

	const char* String::c_str() const
	{
		return _str;
	}

	size_t String::size() const
	{
		return _size;
	}

	char& String::operator[](size_t pos)
	{
		assert(pos < _size);
		return _str[pos];
	}

	const char& String::operator[](size_t pos) const
	{
		assert(pos < _size);
		return _str[pos];
	}

	void String::reserve(size_t n)
	{
		if (n > _capacity)
		{
			char* tmp = new char[n + 1];//开一个更大的空间  +1存储\0
			strcpy(tmp, _str);//拷贝旧空间的内容，到新空间
			delete[] _str;//先释放旧空间

			_str = tmp;//指向新空间
			_capacity = n;//能存储有效字符个数的空间
		}
	}

	void String::push_back(char ch)
	{
		if (_size == _capacity)//先判断空间的大小
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}

		_str[_size] = ch;
		_str[_size + 1] = '\0';//末尾填上\0
		++_size;
	}

	//"hello" "xxxxxxxxxxxxx"
	//append不能只扩容两倍
	void String::append(const char* str)
	{
		size_t len = strlen(str);
		if (_size + len > _capacity)
		{
			reserve(_size + len);
		}
		strcpy(_str + len, str);//可直接找的\0，直接复制
		_size += len;
	}

	String& String::operator+=(char ch)
	{
		push_back(ch);
		return *this;
	}

	String& String::operator+=(const char* str)
	{
		append(str);
		return *this;
	}

	void String::insert(size_t pos, char ch)
	{
		assert(pos <= _size);
		if (_size == _capacity)
		{
			size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			reserve(newcapacity);
		}
		size_t end = _size + 1;//end初始指向\0的下一个位置
		while (end > pos)//当end=pos时，跳出循环
		{
			_str[end] = _str[end - 1];
			--end;
		}
		_str[pos] = ch;
		++_size;
	}

	void 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;
		}
		memcpy(_str + pos, str, len);
		_size += len;
	}

	void String::erase(size_t pos, size_t len)
	{
		assert(pos < _size);

		//len大于前面字符个数时，有多少删多少
		if (len >= _size - pos)
		{
			_str[pos] = '\0';
			_size = pos;
		}
		else//往前覆盖
		{
			//        目标             源
			strcpy(_str + pos, _str + pos + len);//将源字符串复制到目标字符串，包括\0
			_size -= len;
		}
	}

	size_t String::find(char ch, size_t pos)
	{
		for (size_t i = pos; i < _size; i++)
		{
			if (_str[i] == ch)
			{
				return i;
			}
		}
		return npos;
	}

	size_t String::find(const char* str, size_t pos)
	{
		char* p = strstr(_str + pos, str);//返回字符串中首次出现子串的地址
		return p - _str;
	}

	void String::swap(String& s)
	{
		std::swap(_str, s._str);
		std::swap(_size, s._size);
		std::swap(_capacity, s._capacity);
	}

	String String::substr(size_t pos, size_t len)
	{
		//len大于后面剩余字符，有多少取多少
		if (len > _size - pos)
		{
			String sub(_str + pos);
			return sub;
		}
		else
		{
			String sub;
			sub.reserve(len);
			for (size_t i = 0; i < len; i++)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}
			return sub;
		}
	}

	String& String::operator=(const String& s)
	{
		if (this != &s)
		{
			char* tmp = new char[s._capacity + 1];//开一个新的空间（多开一个给\0）
			strcpy(tmp, s._str);//把s._str的内容拷贝到新开的空间
			delete[] _str;//释放旧空间
			_str = tmp;//指向新开的空间
			_size = s._size;//更改指向
			_capacity = s._capacity;//更改指向
		}
		return *this;//连续赋值
	}


	bool String::operator<(const String& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) < 0;//两个字符串进行比较
	}

	bool String::operator>(const String& s) const
	{
		return !(*this <= s);
	}

	bool String::operator<=(const String& s) const
	{
		return *this < s || *this == s;
	}

	bool String::operator>=(const String& s) const
	{
		return !(*this < s);
	}

	bool String::operator==(const String& s) const
	{
		return strcmp(_str, s._str) == 0;
	}

	bool String::operator!=(const String& s) const
	{
		return !(*this == s);
	}

	void String::clear()
	{
		_str[0] = '\0';
		_size = 0;
	}

	istream& operator>>(istream& is, String& str)
	{
		str.clear();

		char buff[128];//缓冲数组
		int i = 0;
		char ch = is.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')//读到空格、换行退出
		{
			buff[i++] = ch;
			//0 - 126
			if (i == 127)
			{
				buff[i] = '\0';
				str += buff;
				i = 0;
			}
			ch = is.get();
		}
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			str += buff;
		}
		return is;
	}


	ostream& operator<<(ostream& os, const String& str)
	{
		for (size_t i = 0; i < str.size(); i++)
		{
			os << str[i];
		}
		return os;
	}

}

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