【C++进阶】深入STL之string：模拟实现走进C++字符串的世界
【C++进阶】深入STL之string：模拟实现走进C++字符串的世界
前言：在C++中，string是一个极其重要且常用的类，它为我们提供了丰富的字符串操作功能。然而，了解其背后的实现原理，不仅可以帮助我们更好地使用它，还能让我们对C++的内存管理、模板编程等有更深入的理解。本文将带你走进C++字符串的世界，通过模拟实现一个简单的string类，来探索其内部机制
模拟实现string类,最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数
📒1. string类的成员变量
首先我们要先搞清楚string的成员变量，我们清楚string类在底层实际上就是一个字符指针，在模拟实现string之前，我们创建一个属于自己的命名空间来与库里面的区分
namespace pxt
{
class string
{
public:
const char* c_str() const // 为了能更好的实现，我们提前实现以下c.str
{
return _str;
}
private:
// 成员变量
char* _str; // 指向一段空间的指针
size_t _size; // 有效字符串长度
size_t _capacity; // 空间总大小
};
}📒2. string的构造函数
🎈无参的构造函数
string()
:_str(new char[1]{ '\0' })
,_size(0)
, _capacity(0)
{}注意：在调用无参的构造函数时，库里面并不只是开了空间，它还干了其他事情，所以我们在自己模拟现实时，一定不能用nullptr去初始化，否则就会出错，因此我们放一个'\0'进去！
std::string无参构造：
🎩带参的构造函数
string(const char* str = "")
:_size(strlen(str))
, _capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}在带参的构造函数因为常量字符串最后自带了一个'\0'，因此我们什么都不用带
📒3. string的析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}string的析构函数非常简单，只需要将空间用delete释放，并且将各个指针置为空，将空间大小变为0
📒4. string的拷贝构造函数
🔥 浅拷贝
首先我们来看一段拷贝构造的模拟实现：
// 拷贝构造
string(const char* str = "")
{
if (nullptr == str)
{
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 测试
void test_string()
{
string s1("hello world");
string s2(s1);
}
为什么会引发异常呢？
我们发现s1和s2都指向都一块空间，在释放时同一块空间是不可以被释放多次的，从而引起了崩溃，而这就是浅拷贝！
浅拷贝： 也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规，
可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享
💧 深拷贝
// 我们用s作为s1的别名
string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
}
深拷贝：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享
注意： 关于浅拷贝一定要引起重视！
📒5. string类的运算符重载
operator=
在operator=上，我们有两种写法
// 传统写法
string& operator=(const string& s)
{
if (this != &s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1]; // 存放'\0'
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_size = s.size();
_capacity = s.capacity();
}
return *this;
}
// 现代写法
string& operator=(string s)
{
swap(_str, s._str); // swap库中存在，可以直接使用
return *this;
}传统写法
- 传统写法函数的运用引用传参，通过创建中间变量，并开辟空间然后将参数拷贝进中间变量，再把这个中间变量的地址传给this，从而实现了operator=的功能
现代写法
- 现代写法使用了库中的swap函数，从而让函数达到一个简洁的目的，该函数的参数是一个临时拷贝变量，深拷贝后，通过swap交换即可
operator<, operator==
bool operator<(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) < 0; // 使用strcmp来比较字符串大小
}
bool operator==(const string& s) const
{
return strcmp(_str, s._str) == 0;
}关于比较我们就讲这两个，对于其他的都可用operator<, operator==去进行推导！
📒6. string容量相关函数
size,capacity,resize,reverse
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}size，capacity这两个函数的模拟实现相对简单，我们简单实现一下就可以
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity) // n < _capacity时，reserve不会作出回应
{
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str);
delete[]_str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}reverse只会改变capacity的大小,并不会改变size的大小
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
if (n < _size) // 当 n < _size时会将size变小到n
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else // 当 n > _size时,就和reserve类似
{
reserve(n);
while (n < _size)
{
_str[_size++] = ch;
}
_str[_size] = '\0';
}
}resize与reserve类似会改变size大小,但是也会改变capacity大小
📒7. string常用函数模拟
⭐查找
// 查找单个字符
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;
}
// 查找字符串
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
// strstr为字符串匹配函数
const char* p = strstr(_str + pos, sub);
if (p)
{
return p - _str;
}
else
{
return npos;
}
}
// 返回以pos开头，len位置结尾的字符串
string substr(size_t pos, size_t len = npos)
{
string s;
if (len == npos || len + pos > _size)
{
len = _size - pos;
}
reserve(len);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
s += _str[i];
}
return s;
}⭐ 添加
// 尾插单个字符
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';
}
// 插入字符串
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}因为在添加中+=既可以添加字符也可以添加字符串，往往在日常中的使用频率是最高的，所以推荐大家使用+=来代替
push_back和append
📒8. 总结
经过对STL中string的深入探索与模拟实现，我们仿佛揭开了一个隐藏在C++深处的奇妙世界。这个旅程不仅让我们对string这一基础数据类型有了更为深刻的理解，也让我们领略了STL背后的设计理念与精巧实现，让我们携手共进，共同走进C++字符串的奇妙世界！ 谢谢大家支持本篇到这里就结束了，祝大家天天开心！