【C++】—— string模拟实现

🕗 发布于 2024-09-22 06:53 c++ 开发语言

前言：

学习了string的使用，总感觉了解不是很深厚；自己模拟实现string类来帮助自己理解。

这里只是实现了一部分内容（并没有实现完整的string类）。

先来实现string类里面的成员变量：

#include<iostream>
namespace HL
{
class string
{
    public:
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
const static size_t npos;
};

const size_t HL::string::npos = -1;
}

一、string默认成员函数（构造、析构、赋值运算符重载）

1.1、构造函数

1> 默认构造

默认构造函数就是不需要传参的构造函数；这里实现就开辟一个字符的空间存放 '\0'即可（_capacity不包括 '\0' ）。

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

2> 拷贝构造

拷贝构造，在实现时需要注意：是深拷贝，而不是浅拷贝（值拷贝）。

深拷贝（深拷贝简单来说就是，要开辟一块新的空间，把原空间里的值拷贝到新的空间里）。

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

3> 其他构造

其他构造函数就有很多了，这里就实现以下这几个：

string (const char* s);

string(const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
_str = new char[len + 1];
memcpy(_str, s, len + 1);
_size = len;
_capacity = len;
}

string (const char* s, size_t n);

string(const char* s, size_t n)
{
size_t len = strlen(s);
if (n > len)
{
n = len;
}
_str = new char[n + 1];
memcpy(_str, s, n);
_str[n] = '\0';
_size = n;
_capacity = n;
}

string (size_t n, char c);

string(size_t n, char c)
{
_str = new char[n + 1];
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[i] = c;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
_capacity = n;
}

1.2、析构函数

析构函数比较简单，释放开辟的资源即可；

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

}

1.3、赋值运算符重载

赋值运算符有3个重载，这里就一一实现：

string& operator= (const string& str );

实现这个有很多种方法，

可以释放原空间，再开辟新的空间，将数据拷贝到新的空间中去

string& operator=(const string& str)
{
delete[] _str;
_str = new char[str._capacity];
memcpy(_str, str._str, str._size + 1);
_size = str._size;
_capacity = str._capacity;
return *this;
}

可以调用拷贝构造，构造一个tmp、再将tmp与*this 中的值进行交换（要实现交换函数）

template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
string& operator= (const string& str)
{
    string tmp(str);
    Swap(_str, tmp._str);
    Swap(_size, tmp._size);
    Swap(_capacity, tmp._capacity);
    return *this;
}

这里如果已经实现string类swap成员函数，就可以直接调用。

string& operator= (const char* s );

/*string& operator= (const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
delete[] _str;
_str = new char[len + 1];
memcpy(_str, s, len + 1);
_size = _capacity = len;

return *this;
}*/
string& operator= (const char* s)
{
string tmp(s);
Swap(_str, tmp._str);
Swap(_size, tmp._size);
Swap(_capacity, tmp._capacity);
return *this;
}

string& operator= (char c );

string& operator= (char c)
{
delete[] _str;
_str = new char[2];
_str[0] = c;
_str[1] = '\0';
_size = _capacity = 1;
return *this;
}

二、元素访问与迭代器

2.1、迭代器

迭代器，虽然在string类中使用的不是很多，但在后面的容器中有大用处。

（在string类中就可以简单的理解成指针）。

//迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
  iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return (_str + _size);
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return (_str + _size);
}

实现了迭代器之后，范围for这个语法糖就可以使用了（底层就是迭代器）。

2.2、下标访问元素

实现下标访问，就是 [ ]运算符重载。

//下标访问 [ ]
char& operator[] (size_t pos)
{
assert(pos >= _size);
return *(_str + pos);
}
const char& operator[] (size_t pos) const
{
assert(pos >= _size);
return *(_str + _size);
}

at函数和 [ ] 运算符重载原理一样，这里就不重复写了。

三、增删查改

在实现增之前，要先实现一个函数，就是调整空间大小的（扩容来用）。

//扩容
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* s = new char[n + 1];
memcpy(s, _str, _size);
delete[] _str;
_str = s;
_capacity = n;
}
}

增删这里就实现这些成员函数。

1、push_back 、append 、operator+=

append重载比较多，这里就实现其中的几个。

//扩容
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* s = new char[n + 1];
memcpy(s, _str, _size);
delete[] _str;
_str = s;
_capacity = n;
}
}

//增
void push_back(char c)
{
if (_size >= _capacity)
{
reserve((_capacity == 0) ? 4 : 2 * _capacity);
}
_str[_size] = c;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const string& str)
{
size_t n = _size + str._size;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (int i = 0; i < str._size; i++)
{
_str[_size + i] = str._str[i];
}
_size += str._size;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
int n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (int i = 0; i < len; i++)
{
_str[_size + i] = s[i];
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
void append(size_t n, char c)
{
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
for (int i = 0; i < n; i++)
{
_str[_size + i] = c;
}
_size += n;
_str[_size] = '\0';
}
string& operator+=(const string& str)
{
this->append(str);
return *this;
}
string& operator+=(const char* s)
{
this->append(s);
return *this;
}
string& operator+=(char c)
{
this->push_back(c);
return *this;
}

2、insert、erase

insert重载也比较多，比较冗余；这里也只实现其中的一部分；

erase这里只实现一个

//insert 、erase
void insert(size_t pos, const string& str)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t len = str._size;
size_t n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
//挪动数据
for (size_t i = n; i >= pos + len; i--)
{
_str[i] = _str[i - len];
}
memcpy(_str + pos, str._str, str._size);
_size += str._size;
_str[_size] = '\0';
}
void insert(size_t pos, const char* s)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t len = strlen(s);
size_t n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
//挪动数据
for (size_t i = n; i >= pos + len; i--)
{
_str[i] = _str[i - len];
}
memcpy(_str + pos, s, len);
_size += len;
_str[_size] = '\0';
}
void insert(size_t pos, size_t n, char c)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size+n; i >= pos + n; i--)
{
_str[i] = _str[i - n];
}
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[pos + i] = c;
}
_size += n;
_str[_size] = '\0';
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
if (len == npos)
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
return;
}
for (size_t i = pos; (len + i) < _size; i++)
{
_str[i] = _str[i + len];
}
_size -= len;
_str[_size] = '\0';
}

3、find

//find
size_t find(const string& str, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
char* tmp = strstr(_str + pos, str._str);
if (tmp == nullptr)
{
return -1;
}
return tmp - _str;
}
size_t find(const char* s, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
char* tmp = strstr(_str + pos, s);
if (tmp == nullptr)
{
return -1;
}
return tmp - _str;
}
size_t find(char c, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == c)
{
return i;
}
}
return -1;
}

4、swap

swap作为string的成员函数，交换两个string类类型的对象。

//swap
void swap(string& str)
{
Swap(_str, str._str);
Swap(_size, str._size);
Swap(_capacity, str._capacity);
}

这里swap函数内部也可以调用库里面的swap模版（这里我自己写了一个模版Swap）

有了swap函数，上面赋值运算符重载中就可以这样写了：

string& operator= (const string& str)
{
string tmp(str);
swap(tmp);
return *this;
}

四、字符串操作函数

1、c_str

c_str()函数返回string类对象中的字符串;

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

2、substr

获得，sting对象中字符串的子串。

//substr
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t n = 0;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
n = _size - pos;
}
else
{
n = len;
}
string ret;
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
ret += _str[pos + i];
}
return ret;
}

五、其他成员函数

这里max_size是返回容器可以容纳的最大元素的数量，这里就不进行实现了。

reserve在增加元素前已经实现了。（扩容）

//其他成员函数
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t length()const
{
return _size;
}
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
bool empty()const
{
return _size == 0;
}
void resize(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
void resize(size_t n, char c)
{
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = c;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}

六、流插入、流提取

因为成员函数有一个隐藏的this指针，会和istream 和istream 类对象抢占第一个参数的位置，所以我们不能将流插入和流提取写成string类的成员函数。

string中实现了访问元素方成员函数，就可以不将流插入、流提取写成string类的友元函数。

1、流插入运算符重载

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const HL::string& str)
{
//for (int i = 0; i < str.size(); i++)
//{
//out << str[i];
//}
//return out;
for (auto ch : str)
{
out << ch;
}
return out;
}

2、流提取运算符重载

1、 s.clear()清理缓冲区（上次cin流提取的剩余）；

2、创建一个数组，防止多次去开空间（输入到128或者输入结束（‘ ’或者‘\n’）才添加到str中）。

3、下面的代码处理缓冲区的空格。

        char ch;
       ch = in.get();
       while (ch == ' ' || ch == '\n')
       {
           ch = in.get();
       }

4、最后循环里if是遇到空格或者换行结束，将s中输入添加到s中，末尾添加'\0'。

std::istream& operator>>(std::istream& in, HL::string& str)
{
char s[128] = { 0 };
char ch;
ch = in.get();
while (ch == ' ' || ch == '\n')
{
ch = in.get();
}
str.clear();
int i = 0;
while (ch != '\n')
{
s[i] = ch;
i++;
if (i == 127)
{
s[i] = '\0';
str += s;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i)
{
str += s;
}
return in;
}

HL :: string 源码

#pragma once
#include<iostream>
#include<cassert>

template <typename T>
void Swap(T& x, T& y)
{
T tmp = x;
x = y;
y = tmp;
}
namespace HL
{
class string
{
friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const HL::string& str);
friend std::istream& operator>>(std::istream& in, HL::string& str);
public:
//构造函数
/*string()
{
_str = new char[1];
_str[0] = '\0';
_size = 0;
_capacity = 0;
}

string(char ch)
{
_str = new char[1];
_str[0] = ch;
_size = 0;
_capacity = 0;
}*/
string(char ch = '\0')
{
_str = new char[2];
_str[0] = ch;
_str[1] = '\0';
_size = 1;
_capacity = 1;
}
string(const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
_str = new char[len + 1];
memcpy(_str, s, len + 1);
_size = len;
_capacity = len;
}
string(const char* s, size_t n)
{
size_t len = strlen(s);
if (n > len)
{
n = len;
}
_str = new char[n + 1];
memcpy(_str, s, n);
_str[n] = '\0';
_size = n;
_capacity = n;
}
string(const string& str)
{
_str = new char[str._capacity + 1];
memcpy(_str, str._str, str._size + 1);
_size = str._size;
_capacity = str._capacity;
}
string(size_t n, char c)
{
_str = new char[n + 1];
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[i] = c;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
_capacity = n;
}

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

/*string& operator=(const string& str)
{
delete[] _str;
_str = new char[str._capacity];
memcpy(_str, str._str, str._size + 1);
_size = str._size;
_capacity = str._capacity;
return *this;
}*/
/*string& operator= (const string& str)
{
string tmp(str);
Swap(_str, tmp._str);
Swap(_size, tmp._size);
Swap(_capacity, tmp._capacity);
return *this;
}*/
string& operator= (const string& str)
{
string tmp(str);
swap(tmp);
return *this;
}
/*string& operator= (const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
delete[] _str;
_str = new char[len + 1];
memcpy(_str, s, len + 1);
_size = _capacity = len;

return *this;
}*/
string& operator= (const char* s)
{
string tmp(s);
Swap(_str, tmp._str);
Swap(_size, tmp._size);
Swap(_capacity, tmp._capacity);
return *this;
}
string& operator= (char c)
{
delete[] _str;
_str = new char[2];
_str[0] = c;
_str[1] = '\0';
_size = _capacity = 1;
return *this;
}
//string& operator= (char c)
//{
//string tmp(c);
//Swap(_str, tmp._str);
//Swap(_size, tmp._size);
//Swap(_capacity, tmp._capacity);
//return *this;
//}

//迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return (_str + _size);
}
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const
{
return (_str + _size);
}

//下标访问 [ ]
char& operator[] (size_t pos)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
return *(_str + pos);
}
const char& operator[] (size_t pos) const
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
return *(_str + _size);
}

//扩容
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
char* s = new char[n + 1];
memcpy(s, _str, _size);
delete[] _str;
_str = s;
_capacity = n;
}
}

//增
void push_back(char c)
{
if (_size >= _capacity)
{
reserve((_capacity == 0) ? 4 : 2 * _capacity);
}
_str[_size] = c;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const string& str)
{
size_t n = _size + str._size;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (int i = 0; i < str._size; i++)
{
_str[_size + i] = str._str[i];
}
_size += str._size;
_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* s)
{
size_t len = strlen(s);
size_t n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (int i = 0; i < len; i++)
{
_str[_size + i] = s[i];
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
void append(size_t n, char c)
{
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
for (int i = 0; i < n; i++)
{
_str[_size + i] = c;
}
_size += n;
_str[_size] = '\0';
}
string& operator+=(const string& str)
{
this->append(str);
return *this;
}
string& operator+=(const char* s)
{
this->append(s);
return *this;
}
string& operator+=(char c)
{
this->push_back(c);
return *this;
}

//insert 、erase
void insert(size_t pos, const string& str)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t len = str._size;
size_t n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
//挪动数据
for (size_t i = n; i >= pos + len; i--)
{
_str[i] = _str[i - len];
}
memcpy(_str + pos, str._str, str._size);
_size += str._size;
_str[_size] = '\0';
}
void insert(size_t pos, const char* s)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t len = strlen(s);
size_t n = _size + len;
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
//挪动数据
for (size_t i = n; i >= pos + len; i--)
{
_str[i] = _str[i - len];
}
memcpy(_str + pos, s, len);
_size += len;
_str[_size] = '\0';
}
void insert(size_t pos, size_t n, char c)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
if (_size + n > _capacity)
{
reserve(_size + n);
}
//挪动数据
for (size_t i = _size+n; i >= pos + n; i--)
{
_str[i] = _str[i - n];
}
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
_str[pos + i] = c;
}
_size += n;
_str[_size] = '\0';
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
if (len == npos)
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
return;
}
for (size_t i = pos; (len + i) < _size; i++)
{
_str[i] = _str[i + len];
}
_size -= len;
_str[_size] = '\0';
}

//find
size_t find(const string& str, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
char* tmp = strstr(_str + pos, str._str);
if (tmp == nullptr)
{
return -1;
}
return tmp - _str;
}
size_t find(const char* s, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
char* tmp = strstr(_str + pos, s);
if (tmp == nullptr)
{
return -1;
}
return tmp - _str;
}
size_t find(char c, size_t pos = 0)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == c)
{
return i;
}
}
return -1;
}

//swap
void swap(string& str)
{
Swap(_str, str._str);
Swap(_size, str._size);
Swap(_capacity, str._capacity);
}

//c_str
const char* c_str() const
{
return _str;
}
char* c_str()
{
return _str;
}

//substr
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
size_t n = 0;
if (len == npos || pos + len > _size)
{
n = _size - pos;
}
else
{
n = len;
}
string ret;
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
ret += _str[pos + i];
}
return ret;
}

//其他成员函数
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t length()const
{
return _size;
}
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
bool empty()const
{
return _size == 0;
}
void resize(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
void resize(size_t n, char c)
{
if (n > _capacity)
{
reserve(n);
}
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = c;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
const static size_t npos;
};

const size_t HL::string::npos = -1;

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const HL::string& str)
{
//for (int i = 0; i < str.size(); i++)
//{
//out << str[i];
//}
//return out;
for (auto ch : str)
{
out << ch;
}
return out;
}
std::istream& operator>>(std::istream& in, HL::string& str)
{
char s[128] = { 0 };
char ch;
ch = in.get();
while (ch == ' ' || ch == '\n')
{
ch = in.get();
}
str.clear();
int i = 0;
while (ch != '\n')
{
s[i] = ch;
i++;
if (i == 127)
{
s[i] = '\0';
str += s;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i)
{
str += s;
}
return in;
}
};

原文地址：https://blog.csdn.net/LH__1314/article/details/142415469

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