string类的模拟实现

string类接口namespace cl { //模拟实现string类 class string { public: typedef char* iterator; typedef const char* const_iterator; //默认成员函数 string(const char* str ); //构造函数 string(const string s); //拷贝构造函数 string operator(const string s); //赋值运算符重载函数 ~string(); //析构函数 //迭代器相关函数 iterator begin(); iterator end(); const_iterator begin()const; const_iterator end()const; //容量和大小相关函数 size_t size(); size_t capacity(); void reserve(size_t n); void resize(size_t n, char ch \0); bool empty()const; //修改字符串相关函数 void push_back(char ch); void append(const char* str); string operator(char ch); string operator(const char* str); string insert(size_t pos, char ch); string insert(size_t pos, const char* str); string erase(size_t pos, size_t len); void clear(); void swap(string s); const char* c_str()const; //访问字符串相关函数 char operator[](size_t i); const char operator[](size_t i)const; size_t find(char ch, size_t pos 0)const; size_t find(const char* str, size_t pos 0)const; size_t rfind(char ch, size_t pos npos)const; size_t rfind(const char* str, size_t pos 0)const; //关系运算符重载函数 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; private: char* _str; //存储字符串 size_t _size; //记录字符串当前的有效长度 size_t _capacity; //记录字符串当前的容量 static const size_t npos; //静态成员变量整型最大值 }; const size_t string::npos -1; //和运算符重载函数 istream operator(istream in, string s); ostream operator(ostream out, const string s); istream getline(istream in, string s); }函数实现构造函数构造函数设置为缺省参数若不传入参数则默认构造为空字符串。字符串的初始大小和容量均设置为传入C字符串的长度不包括’\0’//构造函数 string(const char* str ) { _size strlen(str); //初始时字符串大小设置为字符串长度 _capacity _size; //初始时字符串容量设置为字符串长度 _str new char[_capacity 1]; //为存储字符串开辟空间多开一个用于存放\0 strcpy(_str, str); //将C字符串拷贝到已开好的空间 }拷贝构造函数这里要注意一下浅拷贝的问题拷贝出来的目标对象的指针和源对象的指针指向的内存空间是同一块空间。其中一个对象的改动会对另一个对象造成影响。因此我们需要深拷贝深拷贝是指源对象与拷贝对象互相独立。其中任何一个对象的改动不会对另外一个对象造成影响。写法一先开辟一块足以容纳源对象字符串的空间然后将源对象的字符串拷贝过去接着把源对象的其他成员变量也赋值过去即可。因为拷贝对象的_str与源对象的_str指向的并不是同一块空间所以拷贝出来的对象与源对象是互相独立的。string(const string s) :_str(new char[s._capacity 1]) , _size(0) , _capacity(0) { strcpy(_str, s._str); //将s._str拷贝一份到_str _size s._size; //_size赋值 _capacity s._capacity; //_capacity赋值 }写法二先根据源字符串的C字符串调用构造函数构造一个tmp对象然后再将tmp对象与拷贝对象的数据交换即可。string(const string s) :_str(nullptr) , _size(0) , _capacity(0) { string tmp(s._str); //调用构造函数构造出一个C字符串为s._str的对象 swap(tmp); //交换这两个对象 }赋值运算符重载函数同样需要注意浅拷贝的问题写法一与拷贝构造函数的第一种写法几乎相同只是左值的_str在开辟新空间之前需要先将原来的空间释放掉并且在进行操作之前还需判断是否是自己给自己赋值若是自己给自己赋值则无需进行任何操作。string operator(const string s) { if (this ! s) //防止自己给自己赋值 { delete[] _str; //将原来_str指向的空间释放 _str new char[s._capacity 1]; //重新申请一块空间 strcpy(_str, s._str); //将s._str拷贝一份到_str _size s._size; //_size赋值 _capacity s._capacity; //_capacity赋值 } return *this; //返回左值支持连续赋值 }写法二通过采用“值传递”接收右值的方法让编译器自动调用拷贝构造函数然后我们再将拷贝出来的对象与左值进行交换即可。string operator(const string s) { if (this ! s) //防止自己给自己赋值 { string tmp(s); //用s拷贝构造出对象tmp swap(tmp); //交换这两个对象 } return *this; //返回左值支持连续赋值 }析构函数string类的析构函数需要我们进行编写因为每个string对象中的成员_str都指向堆区的一块空间当对象销毁时堆区对应的空间并不会自动销毁为了避免内存泄漏我们需要使用delete手动释放堆区的空间。//析构函数 ~string() { delete[] _str; //释放_str指向的空间 _str nullptr; //及时置空防止非法访问 _size 0; //大小置0 _capacity 0; //容量置0 }迭代器string类中的迭代器实际上就是字符指针只是给字符指针起了一个别名叫iterator而已。typedef char* iterator; typedef const char* const_iterator;实际上迭代器遍历string的代码其实就是用指针在遍历字符串而已。string s(hello world!!!); string::iterator it s.begin(); while (it ! s.end()) { cout *it ; it; } cout endl;关于范围for循环实际上在代码编译的时候编译器会自动将范围for替换为迭代器的形式也就是说范围for是由迭代器支持的现在我们已经实现了string类的迭代器自然也能用范围for对string进行遍历string s(hello world!!!); //编译器将其替换为迭代器形式 for (auto e : s) { cout e ; } cout endl;begin和endbegin函数的作用就是返回字符串中第一个字符的地址iterator begin() { return _str; //返回字符串中第一个字符的地址 } const_iterator begin()const { return _str; //返回字符串中第一个字符的const地址 }end函数的作用就是返回字符串中最后一个字符的后一个字符的地址即’\0’的地址iterator end() { return _str _size; //返回字符串中最后一个字符的后一个字符的地址 } const_iterator end()const { return _str _size; //返回字符串中最后一个字符的后一个字符的const地址 }size和capacity因为string类的成员变量是私有的我们并不能直接对其进行访问所以string类设置了size和capacity这两个成员函数用于获取string对象的大小和容量。size函数用于获取字符串当前的有效长度不包括’\0’。//大小 size_t size()const { return _size; //返回字符串当前的有效长度 }capacity函数用于获取字符串当前的容量。//容量 size_t capacity()const { return _capacity; //返回字符串当前的容量 }reserve和resizereserve规则1、当n大于对象当前的capacity时将capacity扩大到n或大于n。2、当n小于对象当前的capacity时什么也不做。3、使用strncpy进行拷贝对象C字符串而不是strcpy是为了防止对象的C字符串中含有有效字符’\0’而无法拷贝strcpy拷贝到第一个’\0’就结束拷贝了。//改变容量大小不变 void reserve(size_t n) { if (n _capacity) //当n大于对象当前容量时才需执行操作 { char* tmp new char[n 1]; //多开一个空间用于存放\0 strncpy(tmp, _str, _size 1); //将对象原本的C字符串拷贝过来包括\0 delete[] _str; //释放对象原本的空间 _str tmp; //将新开辟的空间交给_str _capacity n; //容量跟着改变 } }resize规则1、当n大于当前的size时将size扩大到n扩大的字符为ch若ch未给出则默认为’\0’。2、当n小于当前的size时将size缩小到n。//改变大小 void resize(size_t n, char ch \0) { if (n _size) //n小于当前size { _size n; //将size调整为n _str[_size] \0; //在size个字符后放上\0 } else //n大于当前的size { if (n _capacity) //判断是否需要扩容 { reserve(n); //扩容 } for (size_t i _size; i n; i) //将size扩大到n扩大的字符为ch { _str[i] ch; } _size n; //size更新 _str[_size] \0; //字符串后面放上\0 } }emptyempty是string的判空函数我们可以调用strcmp函数来实现strcmp函数是用于比较两个字符串大小的函数当两个字符串相等时返回0。//判空 bool empty() { return strcmp(_str, ) 0; }push_back在当前字符串的后面尾插上一个字符尾插之前首先需要判断是否需要增容若需要则调用reserve函数进行增容然后再尾插字符。注意尾插完字符后需要在该字符的后方设置上’\0’否则打印字符串的时候会出现非法访问因为尾插的字符后方不一定就是’\0’。//尾插字符 void push_back(char ch) { if (_size _capacity) //判断是否需要增容 { reserve(_capacity 0 ? 4 : _capacity * 2); //将容量扩大为原来的两倍 } _str[_size] ch; //将字符尾插到字符串 _str[_size 1] \0; //字符串后面放上\0 _size; //字符串的大小加一 }增容时以二倍的形式进行增容避免多次调用push_back函数时每次都需要调用reserve函数。append在当前字符串的后面尾插一个字符串尾插前需要判断当前字符串的空间能否容纳下尾插后的字符串若不能则需要先进行增容然后再将待尾插的字符串尾插到对象的后方因为待尾插的字符串后方自身带有’\0’所以我们无需再在后方设置’\0’。//尾插字符串 void append(const char* str) { size_t len _size strlen(str); //尾插str后字符串的大小不包括\0 if (len _capacity) //判断是否需要增容 { reserve(len); //增容 } strcpy(_str _size, str); //将str尾插到字符串后面 _size len; //字符串大小改变 }operator运算符的重载是为了实现字符串与字符、字符串与字符串之间能够直接使用运算符进行尾插。运算符实现字符串与字符之间的尾插直接调用push_back函数即可。//运算符重载 string operator(char ch) { push_back(ch); //尾插字符串 return *this; //返回左值支持连续 }运算符实现字符串与字符串之间的尾插直接调用append函数即可。//运算符重载 string operator(const char* str) { append(str); //尾插字符串 return *this; //返回左值支持连续 }insert在字符串的任意位置插入字符或是字符串。插入字符时首先需要判断pos的合法性若不合法则无法进行操作紧接着还需判断当前对象能否容纳插入字符后的字符串若不能则还需调用reserve函数进行扩容。插入过程先将pos位置及其后面的字符统一向后挪动一位给待插入的字符留出位置然后将字符插入字符串即可。//在pos位置插入字符 string insert(size_t pos, char ch) { assert(pos _size); //检测下标的合法性 if (_size _capacity) //判断是否需要增容 { reserve(_capacity 0 ? 4 : _capacity * 2); //将容量扩大为原来的两倍 } char* end _str _size; //将pos位置及其之后的字符向后挪动一位 while (end _str pos) { *(end 1) *(end); end--; } _str[pos] ch; //pos位置放上指定字符 _size; //size更新 return *this; }插入字符串时首先也是判断pos的合法性若不合法则无法进行操作再判断当前对象能否容纳插入该字符串后的字符串若不能则还需调用reserve函数进行扩容。插入过程先将pos位置及其后面的字符统一向后挪动len位len为待插入字符串的长度给待插入的字符串留出位置然后将其插入字符串即可。//在pos位置插入字符串 string insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos _size); //检测下标的合法性 size_t len strlen(str); //计算需要插入的字符串的长度不含\0 if (len _size _capacity) //判断是否需要增容 { reserve(len _size); //增容 } char* end _str _size; //将pos位置及其之后的字符向后挪动len位 while (end _str pos) { *(end len) *(end); end--; } strncpy(_str pos, str, len); //pos位置开始放上指定字符串 _size len; //size更新 return *this; }注意插入字符串的时候使用strncpy不能使用strcpy否则会将待插入的字符串后面的’\0’也插入到字符串中。erase删除字符串任意位置开始的n个字符。删除字符前也需要判断pos的合法性进行删除操作的时候分两种情况1、pos位置及其之后的有效字符都需要被删除。这时我们只需在pos位置放上’\0’然后将对象的size更新即可。2、pos位置及其之后的有效字符只需删除一部分。这时我们可以用后方需要保留的有效字符覆盖前方需要删除的有效字符此时不用在字符串后方加’\0’因为在此之前字符串末尾就有’\0’了。//删除pos位置开始的len个字符 string erase(size_t pos, size_t len npos) { assert(pos _size); //检测下标的合法性 size_t n _size - pos; //pos位置及其后面的有效字符总数 if (len n) //说明pos位置及其后面的字符都被删除 { _size pos; //size更新 _str[_size] \0; //字符串后面放上\0 } else //说明pos位置及其后方的有效字符需要保留一部分 { strcpy(_str pos, _str pos len); //用需要保留的有效字符覆盖需要删除的有效字符 _size - len; //size更新 } return *this; }clearclear函数用于将对象中存储的字符串置空实现时直接将对象的_size置空然后在字符串后面放上’\0’即可。//清空字符串 void clear() { _size 0; //size置空 _str[_size] \0; //字符串后面放上\0 }swapswap函数用于交换两个对象的数据直接调用库里的swap模板函数将对象的各个成员变量进行交换即可。但我们若是想在这里调用库里的swap模板函数需要在swap函数之前加上“::”作用域限定符告诉编译器优先在全局范围寻找swap函数否则编译器编译时会认为你调用的是正在实现的swap函数就近原则//交换两个对象的数据 void swap(string s) { //调用库里的swap ::swap(_str, s._str); //交换两个对象的C字符串 ::swap(_size, s._size); //交换两个对象的大小 ::swap(_capacity, s._capacity); //交换两个对象的容量 }若想让编译器优先在全局范围寻找某函数则需要在该函数前面加上“::”作用域限定符。c_str用于获取对象C类型的字符串实现时直接返回对象的成员变量_str即可。//返回C类型的字符串 const char* c_str()const { return _str; }operator[ ][ ]运算符的重载是为了让string对象能像C字符串一样通过[ ] 下标的方式获取字符串对应位置的字符。实现[ ] 运算符的重载时只需返回对象C字符串对应位置字符的引用即可这样便能实现对该位置的字符进行读取和修改操作了但需要注意在此之前检测所给下标的合法性。//[]运算符重载可读可写 char operator[](size_t i) { assert(i _size); //检测下标的合法性 return _str[i]; //返回对应字符 }在某些场景下我们可能只能用[ ] 下标的方式读取字符而不能对其进行修改。例如对一个const的string类对象进行[ ] 下标的操作我们只能读取所得到的字符而不能对其进行修改。所以我们需要再重载一个[ ] 运算符用于只读操作。//[]运算符重载只读 const char operator[](size_t i)const { assert(i _size); //检测下标的合法性 return _str[i]; //返回对应字符 }find和rfindfind函数和rfind函数都是用于在字符串中查找一个字符或是字符串find函数和rfind函数分别用于正向查找和反向查找即从字符串开头开始向后查找和从字符串末尾开始向前查找。find函数1、正向查找第一个匹配的字符。首先判断所给pos的合法性然后通过遍历的方式从pos位置开始向后寻找目标字符若找到则返回其下标若没有找到则返回npos。npos是string类的一个静态成员变量其值为整型最大值//正向查找第一个匹配的字符 size_t find(char ch, size_t pos 0) { assert(pos _size); //检测下标的合法性 for (size_t i pos; i _size; i) //从pos位置开始向后寻找目标字符 { if (_str[i] ch) { return i; //找到目标字符返回其下标 } } return npos; //没有找到目标字符返回npos }2、正向查找第一个匹配的字符串。首先也是先判断所给pos的合法性然后我们可以通过调用strstr函数进行查找。strstr函数若是找到了目标字符串会返回字符串的起始位置若是没有找到会返回一个空指针。若是找到了目标字符串我们可以通过计算目标字符串的起始位置和对象C字符串的起始位置的差值进而得到目标字符串起始位置的下标。//正向查找第一个匹配的字符串 size_t find(const char* str, size_t pos 0) { assert(pos _size); //检测下标的合法性 const char* ret strstr(_str pos, str); //调用strstr进行查找 if (ret) //ret不为空指针说明找到了 { return ret - _str; //返回字符串第一个字符的下标 } else //没有找到 { return npos; //返回npos } }rfind函数实现rfind函数时我们可以考虑复用已经写好了的两个find函数但rfind函数是从后先前找所以我们需要将对象的C字符串逆置一下若是查找字符串还需将待查找的字符串逆置一下然后调用find函数进行查找但注意传入find函数的pos以及从find函数接收到的pos都需要镜像对称一下。1、反向查找第一个匹配的字符。首先我们需要用对象拷贝构造一个临时对象tmp因为我们并不希望调用rfind函数后对象的C字符串就被逆置了。我们将tmp对象的C字符串逆置然后将所给pos镜像对称一下再调用find函数再将从find函数接收到的返回值镜像对称一下作为rfind函数的返回值返回即可。//反向查找第一个匹配的字符 size_t rfind(char ch, size_t pos npos) { string tmp(*this); //拷贝构造对象tmp reverse(tmp.begin(), tmp.end()); //调用reverse逆置对象tmp的C字符串 if (pos _size) //所给pos大于字符串有效长度 { pos _size - 1; //重新设置pos为字符串最后一个字符的下标 } pos _size - 1 - pos; //将pos改为镜像对称后的位置 size_t ret tmp.find(ch, pos); //复用find函数 if (ret ! npos) return _size - 1 - ret; //找到了返回ret镜像对称后的位置 else return npos; //没找到返回npos }关系运算符重载函数关系运算符有 、、、、、! 这六个但是对于C中任意一个类的关系运算符重载我们均只需重载其中的两个剩下的四个关系运算符可以通过复用已经重载好了的两个关系运算符来实现。例如对于string类我们可以选择只重载 和 这两个关系运算符。//运算符重载 bool operator(const string s)const { return strcmp(_str, s._str) 0; } //运算符重载 bool operator(const string s)const { return strcmp(_str, s._str) 0; }剩下的四个关系运算符的重载就可以通过复用这两个已经重载好了的关系运算符来实现了。//运算符重载 bool operator(const string s)const { return (*this s) || (*this s); } //运算符重载 bool operator(const string s)const { return !(*this s); } //运算符重载 bool operator(const string s)const { return !(*this s); } //!运算符重载 bool operator!(const string s)const { return !(*this s); }运算符的重载重载运算符是为了让string对象能够像内置类型一样使用运算符直接输入。输入前我们需要先将对象的C字符串置空然后从标准输入流读取字符直到读取到’ ‘或是’\n’便停止读取。//运算符的重载 istream operator(istream in, string s) { s.clear(); //清空字符串 char ch in.get(); //读取一个字符 while (ch ! ch ! \n) //当读取到的字符不是空格或\n的时候继续读取 { s ch; //将读取到的字符尾插到字符串后面 ch in.get(); //继续读取字符 } return in; //支持连续输入 }运算符的重载重载运算符是为了让string对象能够像内置类型一样使用运算符直接输出打印。实现时我们可以直接使用范围for对对象进行遍历即可。//运算符的重载 ostream operator(ostream out, const string s) { //使用范围for遍历字符串并输出 for (auto e : s) { cout e; } return out; //支持连续输出 }getline读取一行含有空格的字符串。实现时于运算符的重载基本相同只是当读取到’\n’的时候才停止读取字符。//读取一行含有空格的字符串 istream getline(istream in, string s) { s.clear(); //清空字符串 char ch in.get(); //读取一个字符 while (ch ! \n) //当读取到的字符不是\n的时候继续读取 { s ch; //将读取到的字符尾插到字符串后面 ch in.get(); //继续读取字符 } return in; }