【C++】string的模拟实现

string底层是一个字符数组
为了跟库里的string区别，所以定义了一个命名空间 将string类包含

1. string的模拟实现

1.构造函数

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{class string{public:string()//无参构造函数//初始化列表:_str(nullptr),_size(0),_capaicty(0){}string(const char*str)//带参构造函数:_str(str),_size(strlen(str)),_capaicty(strlen(str)){}private:char* _str;size_t _size;size_t _capaicty;};void test(){string s1;string s2("hello world");}
}

若写成两个构造函数，一个设置成无参，一个设置成带参，若调用如上的带参构造函数就会报错，将str传给_str，属于权限放大，
为了解决这个问题，可以将_str改为const char*类型，但是无法修改_str所指向的内容，调用operator[]函数就会报错

使用new开辟空间

因为后续要考虑扩容等问题，所以最好是new一块空间
而无参的构造函数为了保持析构都用delete[]，所以使用new[]

优化成全缺省的构造函数

• 不可以将缺省值设置成nullptr，strlen(str)对于str指针解引用，遇到’\0’终止，解引用NULL会报错
• 将缺省值设置成一个空字符串，结尾默认为’\0’

string(const char* str="")//构造函数:_size(strlen(str)){if (_size == 0){_capaicty = 3;}else{_capaicty = _size;}_str = new char[_capaicty + 1];strcpy(_str, str);}

2. C_str

const char* C_str()//返回const char*类型的指针 {return  _str;}

返回const char*类型的指针相当于返回字符串

3. operator[]

  char& operator[](size_t pos)//operator[]{return _str[pos];}char& operator[](size_t pos)const //函数重载{return _str[pos];}

• 由于可能存在 string与const string类型所以设置成两个函数构成函数重载

调用函数print 需要使用operator[ ]const
而正常遍历 s[i] ，需要调用 operator [ ]

4.拷贝构造

浅拷贝

拷贝构造函数如果不写编译器会自动生成，对于内置类型完成值拷贝或者浅拷贝

• 若使用编译器自动生成的拷贝构造就会报错

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s2与s3发生浅拷贝，导致两个指针都指向同一块空间，一个修改会影响另一个，会析构两次空间

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深拷贝

创建一块同样大小的空间，并将原来的数据拷贝下来，这样就是s2与s3指向各自的空间，一个被修改也不会影响另一个

string(const string& s)//拷贝构造:_size(s._size),_capaicty(s._capaicty){_str = new char[_capaicty + 1];//开辟一块空间strcpy(_str, s._str);//将s2拷贝给s1}

5. 赋值

赋值运算符也是默认成员函数，如果不写会进行浅拷贝/值拷贝

三种情况

• 正常赋值会存在以下是那种情况
  
• 若为第一种两者空间大小相同，则进行值拷贝
• 若为第二种s1的空间远大于s2的空间，进行值拷贝会浪费空间，所以系统会按照第三种做法执行
• 若为第三种，s1的空间太小，需要new开辟一块空间，将旧空间销毁，将s2拷贝到新开辟的空间
• 编译器不会这样处理，直接将旧空间释放，再去开新空间，并将值拷贝过来

    string& operator=(const string& s)//赋值 s1=s3{if (this != &s)//排除赋值本身的情况{char* tmp = new char[s._capaicty + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capaicty = s._capaicty;}return *this;}

若释放旧空间，如果new失败了，则破坏原有空间
所以使用一个临时变量tmp接收开辟的空间，
如果new成功将tmp传给_str，若new失败也不会破坏s1空间

6. 迭代器

typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}iterator begin()const //指针指向的内容不能被修改{return _str;}iterator end()const{return _str + _size;}

使用typedef 分别将用iterator代替 char*
const_iterator代替 const char*

7.比较(ASCII值)大小

bool operator==(const string& s)const //s1==s2{return strcmp(_str, s._str)==0;}bool operator<(const string& s)const //s1<s2{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool operator<=(const string& s)const //s1<=s2{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s)const //s1>s2{return !(*this <= s);}bool operator>=(const string& s)const //s1>=s2{//复用return *this > s || *this == s;}bool operator!=(const string& s)const //s1!=s2{return !(*this == s);}

• 通过C语言函数strcmp，比较字符串从头开始字符的ASCII值，再通过复用来实现剩下的
• 如果不小心在复用时将const修饰的传给非const成员就会报错，所以括号外面加上const，修饰this指针

8. reserve(扩容)

 void reserve(size_t n)//开辟空间{if (n > _capacity)//防止缩容的问题{char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'strcpy(tmp, _str);delete[]_str;_str = tmp;_capacity = n;//计算有效}}

reserve主要实现类似扩容的操作

为了防止new失败，所以使用临时变量tmp指向new出来的空间，若new成功，释放旧空间，并将_str指向新空间

9. push_back(尾插字符)

void push_back(char ch)//尾插字符{if (_size + 1 > _capaicty){reserve(2 * _capaicty);//开辟2倍空间}_str[_size] = ch;_size++;}

• 通过reserve进行类似扩容的操作，再将ch赋值给当前最后一个字符

10. append(尾插字符串)

void append(const char* str)//尾插 字符串{ int len = strlen(str);if (_size + len > _capaicty){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串_size += len;}

通过reserve类似扩容的操作，扩大了字符串长度的空间，并且在原字符串’\0’的位置开始拷贝str字符串

11. +=(字符/字符串)

string& operator+=(char ch)//+= 字符{push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载{append(str);return *this;}

使用使用上面实现好的push_back和append

12. insert

在pos位置前插入字符ch

 void insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch{if (_size + 1 > _capacity)//扩容{reserve(2 * _capacity);}size_t end = _size + 1;//'\0'的下一个位置while (end > pos){//把前面传给后面_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}

由于pos与end都是size_t类型，没有负数
所以当while循环条件设置为end>=pos并且pos=0时，end–，end变为负数，计算的是其补码，所以一直成立，无法结束循环

把前面的传给后面的，当end下标为1时，end-1的下标为0，循环结束

在pos位置前插入字符串str

 void insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str{int len = strlen(str);if (_size + len > _capacity)//扩容{reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos+len-1){//把前面传给后面_str[end] = _str[end-len];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'_size += len;}

临界条件为保证最后一次下标end减去len,在下标为0的位置上，所以取边界为pos+len
end>pos+len-1 ，最后一次取值即为pos+len
使用strncpy函数，不包含’\0’，将str拷贝给_str+pos下标位置开始的len个字符

13 .resize

void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化{if (n <= _size)//删除数据保留前n个{_size = n;_str[n] = '\0';}else //n>_size{if (n >_capacity)//扩容{reserve(n);}int i = _size;while (i < n)//剩余空间初始化为ch{_str[i] = ch;i++;}_size = n;_str[_size] = '\0';}}

分为三种情况
n<size 删除数据
size<n<capacity 剩余空间初始化
n>capacity 扩容+初始化

14. erase

• pos位置开始删除len个数据

 static const size_t npos = -1;string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据{if (len==npos||pos+len>=_size){//全部删除_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'_size -= len;}return *this;}

• pos处于下标为2的位置上，共有两种情况

• 当pos+len<总长度时，使用strcpy函数拷贝，从而覆盖删除要被删除的字符

• 当pos+len大于总长度或者len等于npos时，剩余长度全部删除

15. 流插入<<

• 流插入重载必须实现为友元函数么？
• 不对，使用友元函数是为了在类外面调用类的私有的成员变量，若不需要调用则不用友元函数

    ostream& operator<<(ostream& out, const string&s){int i = 0;for (i = 0; i < s.size(); i++){out << s[i] << " ";}return out;}

实现流插入不可以调用C_str()，因为C_str()返回的是一个字符串，遇见’\0’就会结束，但若打印结果有好几个’\0’，则遇见第一个就会结束，不符合预期

16. 流提取 >>

输入多个值，C++规定 空格/换行是值与值之间的区分

istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>{//错误写法char ch;in >> ch;while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;in >> ch;}return in;}

• 上述代码在循环中无法找到空格/换行，导致循环无法停止
• 输入的数据在缓冲区中，使用循环在缓冲区中提取数据，但是空格/换行不在缓冲区中,因为认为它是多个值之间的间隔
• 使用get就不会认为空格/换行是多个值之间的间隔，若遇见空格/换行就会存储缓冲区中等待提取

---

istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>{s.clear();char ch = in.get();char buf[128];size_t index = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buf[index++] = ch;if (index == 127)//为了防止频繁扩容{buf[127] = '\0';s += buf;index = 0;}ch = in.get();}if (index != 0){buf[index] = '\0';s += buf;}return in;}

• 当需要输入的string对象中有值存在时，需要先使用clear清空，再输入新的数据
• 为了避免频繁扩容，使用一个128的字符数组接收，若输入的数据比128小，跳出循环将数组中的数据传给string类s，若输入的数据比128大，则将字符数组整体传给string类s，再正常扩容

2. 整体代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
using namespace std;
namespace yzq
{class string{public://string()//无参构造函数//	//初始化列表//	:_str(new char[1])//为了析构都是用delete[]，匹配使用//	,_size(0)//	,_capaicty(0)//{//	_str[0] = '\0';//}//string(const char*str)//带参构造函数//	//	 :_size(strlen(str))//{//     _capaicty = _size;//	 _str = new char[_capaicty+1];//因为有'\0'的存在所以多开一个空间//	 strcpy(_str, str);//拷贝//}typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}iterator begin()const {return _str;}iterator end()const{return _str + _size;}string(const char* str="")//构造函数:_size(strlen(str)){if (_size == 0){_capacity = 3;}else{_capacity = _size;}_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s)//拷贝构造:_size(s._size),_capacity(s._capacity){//深拷贝_str = new char[_capacity + 1];//开辟一块空间strcpy(_str, s._str);//将s2的值传给s1}string& operator=(const string& s)//赋值 s1=s3{if (this != &s)//排除赋值本身的情况{char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp, s._str);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}size_t size()const{return _size;}const char* C_str()//返回const char*类型的指针 {return  _str;}char& operator[](size_t pos)//operator[]{return _str[pos];}char& operator[](size_t pos)const //函数重载{return _str[pos];}bool operator==(const string& s)const //s1==s2{return strcmp(_str, s._str)==0;}bool operator<(const string& s)const //s1<s2{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool operator<=(const string& s)const //s1<=s2{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s)const //s1>s2{return !(*this <= s);}bool operator>=(const string& s)const //s1>=s2{//复用return *this > s || *this == s;}bool operator!=(const string& s)const //s1!=s2{return !(*this == s);}void reserve(size_t n)//开辟空间{if (n > _capacity)//防止缩容的问题{char* tmp = new char[n + 1];//多开一个'\0'strcpy(tmp, _str);delete[]_str;_str = tmp;_capacity = n;//计算有效}}void resize(size_t n,char ch)//开辟空间+初始化{if (n <= _size)//删除数据保留前n个{_size = n;_str[n] = '\0';}else //n>_size{if (n >_capacity)//扩容{reserve(n);}int i = _size;while (i < n){_str[i] = ch;i++;}_size = n;_str[_size] = '\0';}}void push_back(char ch)//尾插字符{if (_size + 1 > _capacity){reserve(2 * _capacity);//开辟2倍空间}_str[_size] = ch;_size++;//ch是一个字符，所以用单独处理'\0'_str[_size] = '\0';}void append(const char* str)//尾插 字符串{ int len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);//在原来的字符串后拷贝字符串_size += len;//str是一个字符串，本身带'\0'}string& operator+=(char ch)//+= 字符{push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str)//+= 字符串 函数重载{append(str);return *this;}string& insert(size_t pos, char ch)//在pos位置前插入字符ch{if (_size + 1 > _capacity)//扩容{reserve(2 * _capacity);}size_t end = _size + 1;while (end > pos){//把前面传给后面_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;_size++;return *this;}string& insert(size_t pos, const char* str)//在pos位置前插入字符串str{int len = strlen(str);if (_size + len > _capacity)//扩容{reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos+len-1){//把前面传给后面_str[end] = _str[end-len];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);//拷贝len个字节，不包含'\0'_size += len;return *this;}static const size_t npos = -1;string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)//从pos位置开始删除len个数据{if (len==npos||pos+len>=_size){//全部删除_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str +pos+len);//包含'\0'_size -= len;}return *this;}void swap(string &s)//交换{std::swap(_str, s._str);std::swap(_capacity, s._capacity);std::swap(_size, s._size);}size_t find(char c, size_t pos =0){int i = 0;for (i = pos; i < size(); i++){if (_str[i] == c){return i;}}return npos;	}size_t find(const char* str, size_t pos = 0)//从pos位置开始找子串{char*p=strstr(_str+pos, str);if (p == nullptr){return npos;}else{return p - _str;//指针相减为个数}}void clear()//清空{_str[0] = '\0';}~string()//析构{delete[]_str;_str = nullptr;_size = 0;_capacity = 0;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;};ostream& operator<<(ostream& out, const string&s)//<<{int i = 0;for (i = 0; i < s.size(); i++){out << s[i];}return out;}istream& operator>>(istream& in,  string& s)//>>{s.clear();char ch = in.get();char buf[128];size_t index = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buf[index++] = ch;if (index == 127)//为了防止频繁扩容{buf[127] = '\0';s += buf;index = 0;}ch = in.get();}if (index != 0){buf[index] = '\0';s += buf;}return in;}void print(const string& s){string::const_iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;}void test(){string s1;cin >> s1;cout << s1;}
}