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【C++之STL】摸清 string 的模拟实现（中）

🕗 发布于 2024-11-20 07:25 c++  java  开发语言  

string的模拟实现系列文章：

  1. 模拟实现上
  2. 模拟实现中
  3. 模拟实现下

文章目录

5. 调整操作

5. 1 push_back()

往字符串后面加一个字符。

注意检查容量是否足够，还有添加'\0'。

void string::push_back(char c)
{
    // 检查是否需要扩容
    if (_size == _capacity)
    {
        // 这里采用2倍扩容，或者你也可以1.5倍扩容
        size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
        reserve(newcapacity);
        _capacity = newcapacity;
    }
    // 插入字符和 \0
    _str[_size++] = c;
    _str[_size] = '\0';
}

5. 2 append()

append()有很多重载，但是这里我们只实现插入字符串的和插入多个相同字符的，其他的可以自行尝试。

  1. 追加字符串
void string::append(const char* str)
{
    // 要断言 str 不为空指针
    assert(str);
    size_t len = strlen(str);
    // 扩容
    if (_capacity < len + _size)
    {
        size_t newcapacity = len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity;
        reserve(newcapacity);
        _capacity = newcapacity;
    }
    // 追加新的数据，strcpy会拷贝\0，所以不需要手动加
    strcpy(_str + _size, str);
    _size += len;
}
  1. 追加多个相同字符
void string::append(size_t n, char c)
{
    // 扩容
    if (_capacity < n + _size)
    {
        size_t newcapacity = n + _size > 2 * _capacity ? n + _size : 2 * _capacity;
        reserve(newcapacity);
        _capacity = newcapacity;
    }
    // 插入数据
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
         //push_back(c);//这里也可以对push_back()进行复用
        _str[_size++] = c;
    }
    // 如果是对push_back进行复用，这里就不用再手动加'\0'了
    _str[_size] = '\0';
}

5. 3 operator+=()

operator+=有两个功能：

  1. 插入字符，相当于push_back()
  2. 插入字符串，相当于append()

可以在不同的重载中复用不同的函数。

为了保证运算符能连续运算，还要注意返回*this。

// 追加字符串，复用append()
string& string::operator+=(const char* str)
{
    append(str);
    return *this;
}
// 追加字符，复用push_back()
string& string::operator+=(char c)
{
    push_back(c);
    return *this;
}

5. 4 insert()

string& insert(size_t pos, char c);
string& insert(size_t pos, const char* str);

在pos位置（下标）插入字符或者字符串，需要把pos位置之后的所有元素都向后挪动，因此效率上可能比较差。

在挪动的时候，要特别注意不要发生越界！

挪动时也要注意不要让先挪动的数据盖住还没挪动的数据，应该从后往前依次挪动来避免这一情况。

    string& string::insert(size_t pos, char c)
    {
        assert(pos <= _size);
        // 扩容
        if (_capacity < _size + 1)
        {
            size_t newcapacity = _size + 1 > 2 * _capacity ? 1 + _size : 2 * _capacity;
            reserve(newcapacity);
            _capacity = newcapacity;
        }
        for (size_t i = _size; i > pos; i--)
        {
            //不能改成_str[i + 1] = _str[i]的形式
            _str[i] = _str[i - 1];
        }
        // 记得加'\0'
        _str[++_size] = '\0';
        _str[pos] = c;
        return *this;
    }

    string& string::insert(size_t pos, const char* str)
    {
        assert(pos <= _size);
        size_t len = strlen(str);
// 扩容
        if (_capacity < len + _size)
        {
            size_t newcapacity = len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : 2 * _capacity;
            reserve(newcapacity);
            _capacity = newcapacity;
        }
// 挪动数据
        for (size_t i = _size + len; i >= len; i--)
        {
            _str[i] = _str[i - len];
        }
// 插入字符串
        for (size_t i = 0; i < len; i++)
        {
            _str[i + pos] = str[i];
        }
        _size += len;
        // 加'\0'
        _str[_size] = '\0';
        return *this;
    }

5. 5 erase()

string& erase(size_t pos, size_t len = npos);

5. 5. 1 npos

  1. npos 是一个静态成员常量值，对于 size_t 类型的元素具有最大可能的值。

  2. 当此值用作字符串成员函数中长度时，表示“直到字符串的末尾”。

  3. 作为返回值，它通常用于指示没有匹配项。

  4. 此常量定义为值 -1，因为 size_t 是无符号整型，所以它是此类型的最大可能可表示值。\

其定义为：

    const static size_t npos = -1;

那么回到erase的模拟实现：

删除一段数据，就是把后面的直接拉到前面进行覆盖就行了。

但是要注意，要从pos位开始被覆盖，如果从最后面开始的话，可能会覆盖还没挪动的数据。

string& string::erase(size_t pos, size_t len)
{
    // 如果会把pos位置之后的所有元素全部删除，就不需要挪动数据，直接在pos位置加'\0'就行了
   if (len >= _size - pos - 1)
   {
       _str[pos] = '\0';
       _size = 0;
   }
   else
   {
       // 挪动数据
       // 从 pos + len 位开始向前挪动
       for (size_t i = pos + len; i <= _size; i++)
       {
           _str[i - len] = _str[i];
       }
       _size -= len;
       // 加'\0'
       _str[_size] = '\0';
   }
   return *this;
}

5. 6 swap()

尽管在算法库中已经有了一个swap()函数，但是string类中依然实现了swap，并且有两个，一个是正常的成员函数，还有一个是std中swap函数的重载。

我们先看成员函数这一个：

void swap(string& s)

只需要交换this和s的三个成员变量就可以了：

void string::swap(string& s)
{
    // 交换的时候还可以直接使用 std 中的 swap 进行交换
    std::swap(_str, s._str);
    std::swap(_size, s._size);
    std::swap(_capacity, s._capacity);
}

再看对std中的swap的重载：

注意为了防止重定义，要把声明和定义分离在.h和.cpp文件中，不能在头文件中直接实现定义。

这个函数放在全局，不放入命名空间，这样当全局有匹配的函数时，就不会在命名空间中搜索函数了，更何况库中的还是函数模板。

// string.h
void swap(test::string& s1, test::string& s2);

// string.cpp
void swap(test::string& s1, test::string& s2)
{
    s1.swap(s2);  // 调用类的成员函数 swap
}

5. 6. 1 为什么要实现成员函数 swap

既然算法库中已经实现了一个swap，而且如果你尝试的话，会发现这个swap也是可以成功交换两个string类型的，但是为什么我们不使用呢？

因为算法库中的swap是通过模板实现的，一般实现为：

template <class T> 
    void swap (T& a, T& b)
{
  T c(a); 
    a=b; 
    b=c;
}

可以看到，算法库中的swap是通过创建临时变量来进行交换的，对于一个自定义类型，发生拷贝是一件很可能严重影响效率的事，如果这个string类中存储了非常多的数据，就会大大拖慢程序的运行。

并且实际上string类型之间的交换完全不需要创建临时变量，只需要交换所有的成员变量就可以了，这样一比较，算法库提供的swap对string类的交换会产生无法接受的损耗，所以在库中要想方设法避免程序员使用到原本的模板生成的函数。

6. 访问操作

6. 1 operator[]

下标访问操作符，就是直接返回_str中对应位置的元素的引用。

但是这里要提供两个重载，因为string类如果被const修饰的话，直接返回引用会发生权限放大，导致报错，所以还要提供返回值也被const修饰的重载。

因为下标访问操作符本身

char& string::operator[](size_t index)
{
    return *(_str + index);
}
// 注意这里构成重载的原因是最后的那个const,它修饰的是this指针，返回值类型不同不能构成重载
const char& string::operator[](size_t index)const
{
    return *(_str + index);
}

6. 2 front()和back()

分别返回第一个和最后一个元素的引用，出于和下标访问操作符相同的原因，也要提供const版本的。

char& string::front()
{
    return _str[0];
}
const char& string::front()const
{
    return _str[0];
}
char& string::back()
{
    return _str[_size - 1];
}
const char& string::back()const
{
    return _str[_size - 1];
}

下接： 模拟实现下

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