string类的模拟实现

上一篇博客我们对string类函数进行了讲解，今天我们就对string类进行模拟实现，以便于大家更加深入地了解string类函数的应用

由于C++的库里面本身就有一个string类，所以我们为了不让编译器混淆视听，我们可以首先将我们自己模拟实现的string类放入一个我们自己定义的命名空间内，这里我将命名空间命名为jh（本人名字首字母缩写）：

namespace jh
{
	class string
	{

	};
}

然后就是我们将string类的类的成员进行定义：
string类实际就是字符串，它的几个成员有capacity（容量），size（字符拆串当前字符个数），str（字符串的指针）

namespace jh
{
	class string
	{
	private:
		size_t _capacity;
		size_t _size;
		char* _str;
	};
}

下面我们就对string类的大部分经常使用的成员函数进行模拟实现：

构造函数

首先定义一个构造函数，用于创建string类，这里大家用到了strlen和strcpy函数，所以要带上头文件string.h
还有一个需要注意的点：
这里为_str开辟空间我们需要开辟capacity+1个字符的空间，因为要为\0预留一个字符的空间

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

拷贝构造函数

string类的拷贝构造函数也很简单：
和构造函数差不多

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

析构函数

析构函数也很简单，直接将size和capacity置零，指针置为空，将str的空间用delete删除，记得带上[]，方便通用语字符和字符串

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

赋值操作符重载

赋值操作符是一个很常用的操作符，我们的前提两个字符串不相等，如果相等就没必要进行操作，直接返回*this
不相等的情况下我们首先开辟一个tmp的空间将字符串拷贝进去，将tmp赋予_str，然后将size和capacity赋值，这样就完成了赋值操作符的重载

string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		strcpy(tmp, s._str);
		_str = tmp;
		_capacity = s._capacity;
		_size = s._size;
	}
	return *this;
}

返回字符串函数

很简单，但是要记得在函数前加上const修饰函数返回值，函数后加上const修饰_str,避免权限的放大

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

返回size函数

同样很简单，返回_size，加上const避免权限的放大

size_t size() const
{
	return _size;
}

下标访问符号重载

下标访问在字符串中很常用，我们需要将其进行断言，如果pos大于size就毫无意义，需要注意的就是带上const，避免权限的放大

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

迭代器

迭代器主要分为const和非const
我们用typedef将char*命名为iterator
begin函数就直接返回_str
end函数就直接返回 str+size

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;
}

reserve函数

reserve函数是一个扩容函数，但是他只是改变capacity，不会改变size，并且不会缩容，缩容很是麻烦，所以只有当n>capacity时才会进行扩容

void reserve(size_t n)
{
	if(n>_capacity)
	{
		char* tmp = new char[n + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_capacity = n;
	}
}

resize函数

resize函数和reserve函数的区别就是resize改变capacity的同时也会改变size，但是当n时小于等于size的时候不会缩容，但是\0的位置被放到了n位置
当size小于n的时候我们就需要把后面的n-size个位置的元素置为ch（\0），同时size也进行改变

void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
	if (n <= _size)
	{
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
	else
	{
		reserve(n);
		while (_size < n)
		{
			_str[_size] = ch;
			_size++;
		}
		_str[_size] = '\0';
	}
}

追加函数

追加函数分为两种，一种是追加字符的pushback，一种时追加字符串的append，我们要注意append加上const，避免权限的放大，当追加后容量不够我们就要进行扩容

void pushback(char ch)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
	}
	_str[_size] = ch;
	_size++;
	_str[_size] = '\0';
}
void append(const char* str)
{
	size_t len = strlen(str);
	if (len > +_size > _capacity)
	{
		reserve(_capacity+len);
	}
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += len;
}

+=操作符重载

这个我们就可以复用pushback和append

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

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

find函数

同样的find函数分为字符串和字符类型
这里的pos就用到缺省值，没有给就是0，找不到就是返回-1，也就是通常所说的npos

size_t find(char ch, size_t pos = 0)
		{
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (_str[i] == ch)
				{
					return i;
				}
			}

			return npos;
		}

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
		{
			const char* p = strstr(_str + pos, sub);
			if (p)
			{
				return p - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
		}

substr函数

substr函数时去字符串
它有两个参数，一个是pos一个是len，表示从pos位置开始取len长度的字符串，当len+pos大于字符串长度时有多少取多少，开辟空间进行追加即可
npos就是-1，给了默认缺省值

string substr(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			string s;
			size_t end = pos + len;
			if (len == npos || pos + len >= _size) // 有多少取多少
 			{
				len = _size - pos;
				end = _size;
			}

			s.reserve(len);
			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				s += _str[i];
			}
			return s;
		}

insert函数

insert函数也同样分为插入字符串和插入字符，第一步就是进行断言，如果插入位置pos是大于等于size，那么就毫无意义
当size和capacity已经相等时就需要扩容，为了减少扩容，所以我们一次性扩容两倍
当size加上插入字符串长度len大于capacity时，我们也需要扩容，直接扩容size+len即可，这里我为了方便大家的理解画一张图：
大家可以根据数据结构的知识构思一下我所说的bug

并且在字符串插入我们要用strncpy，而不是strcpy，因为strcpy时遇到\0才终止拷贝字符串，但是我们这里拷贝字符串不需要把\0拷进去，考进去的话会引发错误，所以我们要用ncpy来拷贝len个字符，不包括\0

void 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++;
}
void 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;
	while (end >= pos)
	{
		_str[end + len] = _str[end];
		end--;
	}
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
}

erase函数

首先要做的还是断言，pos是要小于size的
当长度len时负数时或者pos+len大于等于size时，有多少删除多少，直接将pos位置置为\0
当长度足够时，我们就需要将pos+len后面的字符移动到pos到pos+len的区间内来：
请看图：

void erase(size_t pos, size_t len = -1)
{
	assert(pos < _size);
	if (len == -1 || pos + len >= _size)
	{
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{
		size_t begin = pos + len;
		while (begin <= _size)
		{
			_str[begin - len] = _str[begin];
			begin++;
		}
		_size -= len;
	}

操作符重载

操作符重载很简单，我们用strcmp函数，并且可以进行复用

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) const
		{
			return !(*this == s);
		}

clear函数

直接将0位置置为\0，同时size置0

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

流插入和流提取

流插入和提取要放到模拟实现string类的外面，但是要放入命名空间jh内
流插入很简单，直接用语法糖

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
	for (auto ch : s)
		out << ch;

	return out;
}

流提取就需要理解透彻一点：
首先提取时我们会有一个缓冲区，所以我们每次提取之前需要用clear清理一次缓冲区
其次为了减少扩容，我们适当地开辟空间，等到该空间满了直接用+=赋予字符串s
这里需要用get函数来提取字符
然后用while循环，当当前位置的字符ch不等于空格并且不等于换行符时才能放入开辟好的buff空间里，当i等于128时，我们将i位置置为\0，将buff空间存储的字符串用+=放入string类对象s，同时i置为0，再进行一次get提取，判断输入的in对象是否还有（例如：输入xy yz，如果不用whie循环的条件和再次get的话，xy yz就只能提取xy）
当i不等于0时我们也需要将i位置置为\0，并且将buff+=给s

istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
	s.clear();
	char buff[129];
	size_t i = 0;
	char ch;
	ch = in.get();
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		buff[i++] = ch;
		if (i == 128)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
			i = 0;
		}
		ch = in.get();
		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}
		return in;
	}
}

好了，今天的分享到这里就结束了，感谢大家的支持！

完整代码如下：

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace jh
{
	class string
	{
	public:
		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}
		string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
			strcpy(_str, s._str);
		}
		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = 0;
			_capacity = 0;
		}
		string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				_str = tmp;
				_capacity = s._capacity;
				_size = s._size;
			}
			return *this;
		}
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}
		size_t size() const
		{
			return _size;
		}
		const char& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos <= _size);
			return _str[pos];
		}
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos <= _size);

			return _str[pos];
		}
		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;
		}
		
		void reserve(size_t n)
		{
			if(n>_capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}
		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
			}
			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';
		}
		void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (len > +_size > _capacity)
			{
				reserve(_capacity+len);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size += len;
		}
		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n <= _size)
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_size < n)
				{
					_str[_size] = ch;
					_size++;
				}
				_str[_size] = '\0';
			}
		}
		string& operator+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}
		size_t find(char ch,size_t pos=0)
		{
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (_str[i] == ch)
					return i;
			}
			return -1;
		}
		size_t find(const char* str, size_t pos = 0)\
		{
			char* p = strstr(_str+pos, str);
			if (p)
			{
				return p - _str;
			}
			else
			{
				return -1;
			}
		}
		string substr(size_t pos, size_t len=-1)
		{
			string s;
			size_t end = pos + len;
			if (len == -1 || pos+len >= _size)
			{
				len = _size - pos;
				end = _size;
			}
			s.reserve(len);
			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				s += _str[i];
			}
			return s;
		}
		void 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++;
		}
		void 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;
			while (end >= pos)
			{
				_str[end + len] = _str[end];
				end--;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;
		}
		void erase(size_t pos, size_t len = -1)
		{
			assert(pos < _size);
			if (len == -1 || pos + len >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				size_t begin = pos + len;
				while (begin <= _size)
				{
					_str[begin - len] = _str[begin];
					begin++;
				}
				_size -= len;
			}
		}
		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) const
		{
			return !(*this == s);
		}

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

	private:
		size_t _capacity;
		size_t _size;
		char* _str;
	public:
		const static size_t npos;
	};
	const size_t string::npos = -1;
	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
			out << ch;

		return out;
	}

	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char buff[129];
		size_t i = 0;
		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 128)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
			if (i != 0)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
			}
			return in;
		}
	}
}