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模拟实现string类
链接: 认识使用string类
前文已经讲解过如何使用string类，下面主要讲解如何模拟实现常用的string类函数，以及对深拷贝和浅拷贝的讲解。
模拟实现string类
namespace imitate { class string {}; } 首先创建一个命名空间域，这个域被用来模拟string类。
class string { private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; }; 类中的私有成员变量同顺序表一样，包括字符数组、无符号整型_size和_capcity。
public: string(const char* str = "") { _size = strlen(str); _capacity = strlen(str); _str = new char[_capacity + 1]; memcpy(_str, str, _size + 1); } 类中模拟实现默认构造函数，内置成员变量类型未写在初始化列表是因为_str的初始化需要动态开辟。
~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } 模拟实现默认析构函数。
const char* c_str() const { return _str; } 模拟实现返回c字符串函数，方便后续验证。
size_t size() const { return _size; } 模拟实现size函数，可以获取字符串的长度
char& operator[](size_t pos) { assert(pos <= _size); return _str[pos]; } const char& operator[](size_t pos) const { assert(pos <= _size); return _str[pos]; } 模拟实现operator[ ]函数，可以用于遍历字符串；前者是用于可以修改的字符串；后者是用于不可修改的字符串。
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; } 模拟实现迭代器，可以用于遍历或者范围for的使用。
void reserve(size_t n = 0) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; memcpy(tmp, _str, _size); delete[] _str; _capacity = n; _str = tmp; } } 模拟实现reserve()函数，用于请求字符串容量，new char[n+1]是为了后续扩容时，保证可以将’\0’录入
void push_back(char c) { if (_capacity == _size) { //二倍扩容:判断_capacity是否为空 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } _str[_size] = c; ++_size; _str[_size] = '\0'; } 模拟实现push_back()函数，后增一个字符。
string& append(const char* s) { size_t len = strlen(s); if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } memcpy(_str + _size, s, _size + len + 1); _size += len; return *this; } 模拟实现append()函数，后增字符串。
string& operator+=(char c) { push_back(c); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } 模拟实现operator+=()函数，方便字符串的后增。
class string { public: const static size_t npos; }; const size_t string::npos = -1; 模拟一个静态成员变量，静态成员变量的初始化需要在类外面。
void insert(size_t pos, size_t n, char c) { assert(pos <= _size); if (_size + n > _capacity) { reserve(_size + n); } //挪动数据 size_t end = _size; //end不等于npos是为了防止原字符串为空 while (end >= pos && end != npos) { _str[end + n] = _str[end]; --end; } //添加数据 for (size_t i = pos; i < n + pos; ++i) { _str[i] = c; } _size += n; } void insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } //挪动数据 size_t end = _size; //end不等于npos是为了防止原字符串为空 while (end >= pos && end != npos) { _str[end + len] = _str[end]; --end; } //添加数据 for (size_t i = 0; i < len; ++i) { _str[i + pos] = str[i]; } _size += len; } 模拟实现insert()函数，用于插入n个字符或者字符串。
void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); if (pos + len >= _size || len == npos) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { size_t end = pos + len; while (end <= _size) { _str[pos++] = _str[end++]; } _size -= len; } } 模拟实现erase()函数，用于实现擦除字符串。
size_t find(char c, size_t pos = 0) { assert(pos <= _size); for (int i = pos; i < _size; ++i) { if (_str[i] == c) { return i; } } return npos; } 模拟实现find()函数，用于查找字符
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); size_t n = len; if (pos + len >= _size || len == npos) { n = _size - pos; } string tmp; reserve(n); for (int i = 0; i < n; ++i) { tmp[i] = _str[pos + i]; } return tmp; 模拟实现substr()，用于实现生成子字符串。
void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n < _size) { _str[n] = '\0'; _size = n; } else { reserve(n); for (size_t i = _size; i < n; ++i) { _str[i] = ch; } _str[n] = '\0'; _size = n; } } 模拟实现resize()，用于调整字符串。在调整字符串的过程中有三种情况：1.当n小于_size时，不需要扩容；2.当n大于_size时，不需要扩容；3.当n大于_size时，需要扩容。
std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s) { for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) { out << s[i]; } return out; } 使用不设置友元的运算符重载函数operator<<()，用于流插入。在使用流提取需要注意流插入是打印全部内容，而c.str()函数可以打印到’\0’。
c的字符数组，以’\0’为终止计算长度。
string不关注’\0’，以_size终止计算长度。
void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; } 模拟实现clear()函数，用于清理字符串。
std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s) { s.clear(); char ch; ch = in.get(); while (ch == ' ' || ch == '\n') { ch = in.get(); } char buff[128] = "\0"; size_t i = 0; while (ch != ' ' && ch != '\n') { buff[i++] = ch; if (i == 127) { buff[127] = '\0'; s += buff; i = 0; } ch = in.get(); } if (i != 0) { buff[i] = '\0'; s += buff; } return in; } 模拟实现无友元的运算符重载函数operator>>()，用于流提取。
【注意】
1.字符串不能使用const
2.in>>ch无法读取’ ‘以及’\0’，会导致一直处于流提取的状态，所以需要in.get()函数读每一个字符。
3.再次输入数组是，上一次数据尚未清理，导致打印俩次内容，所以需要补充clear()函数。
4.数据太多可以会导致扩容次数太多，推荐设置一个char类型的数据，一次性提取。
5.需要除去字符串前面的’ ’ 和’\n’，所以需要将其循环掉。
bool operator<(const string& s) { size_t i1 = 0; size_t i2 = 0; while (i1 < _size && i2 << s._size) { if (_str[i1] < _str[i2]) { return true; } else if (_str[i1] > _str[i2]) { return false; } else { ++i1; ++i2; } } //三种情况： //"hello" "hello" //"helloxxx" "hello" //"hello" "helloxxx" return (_size >= s._size) ? false : true; } bool operator==(const string& s) { return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0; } bool operator<=(const string& s) { return *this < s || *this == s; } bool operator>(const string& s) { return !(*this <= s); } bool operator>=(const string& s) { return !(*this < s); } 模拟实现用于比较的运算符重载函数，需要注意的是，比较字符串的时候是比较ASCII码值，在模拟实现的过程中需要注意上述的三种情况。
浅拷贝与深拷贝
上述已经模拟实现了实际中常使用的string类，但是有一个核心的知识点没有讲解，就是拷贝构造。
imitate::string s1("hello world"); imitate::string s2(s1); 使用上述代码进行测试，如果执行的是编译器实现的默认拷贝构造，则s2的_size、_capacity会与s1相同，但是s2._str并不会自动动态开辟空间，而会指向s1，当结束时，会对这块空间析构俩次。
imitate::string s1("hello world"); imitate::string s2("xxxxxxxxxxx"); s1 = s2; 同样，这段代码也会出现相同的问题，"hello world"这快空间不会被释放，而"xxxxxxxxxx"这块空间会被释放俩次。
上述俩个例子的string类没有显示定义其拷贝构造函数，此时编译器会合成默认的，当s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终会导致s1与s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次会导致程序崩溃，而这种拷贝方式被称为浅拷贝。
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，当一个对象销毁四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，以为还会有效，所以当继续对资源进行项操作时，就会发生访问违规。
string(const string& s) { _size = s._size; _capacity = s._capacity; size_t len = strlen(s._str); _str = new char[len + 1]; memcpy(_str, s._str, len + 1); } 我们可以自己实现一个拷贝构造函数，即采用深拷贝的方式解决问题，每一个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。
如果一个类中涉及到资源的管理（例如动态开辟空间），其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出，一般都是按照深拷贝方式提供。
string(const string& s) { size_t len = strlen(s._str); _str = new char[len + 1]; memcpy(_str, s._str, len + 1); _size = s._size; _capacity = s._capacity; } string& operator=(const string& s) { if (*this != s) { delete[] _str; _str = new char[strlen(s._str) + 1]; _size = s._size; _capacity = s._capacity; } return *this; } 这俩种方式是传统版写法的string类。
string& operator=(const string& s) { if (*this != s) { string tmp(s); std::swap(_size, tmp._size); std::swap(_capacity, tmp._capacity); std::swap(_str, tmp._str); } return *this; } string& operator=(string tmp) { if (*this != tmp) { std::swap(_size, tmp._size); std::swap(_capacity, tmp._capacity); std::swap(_str, tmp._str); } return *this; } 这俩种方式是现代版本的深拷贝，现代版本的深拷贝利用了每一个函数的析构。
写时拷贝（了解）
进行拷贝构造时，深拷贝和浅拷贝可能存在部分问题。
对于深拷贝而言：如果只是对数据进行拷贝，而并未对数据继续修改等操作，那么深拷贝的代价可能会比较大；
对于浅拷贝而言：核心问题有俩个，其一是会对同一块空间析构俩次，其二是当一个对象被修改时，另外一个对像也会随之修改。
这里可以采用的办法是，先对数据进行浅拷贝，添加一个数据，对一块空间进行引用计数。
引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用改资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象此时为资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，将计数器减一即可，因为还有其他对象再使用该资源。
这里就可以很好的解决浅拷贝的析构问题，但是当一个对象被修改时，另外一个对象也会修改，此时采取的办法是进行写时拷贝。
写时拷贝，可以看作是一种拖延症，写时拷贝是在引用计数的基础上进行修改的，如果引用计数的值不为1，则进入深拷贝，再对其进行修改。
在gcc环境下，采取的是写时拷贝：
在vs环境下，采取的是深拷贝：
string类的模拟实现代码
#pragma once #define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1 #include<iostream> #include<assert.h> namespace imitate { class string { public: string(const char* str = "") { _size = strlen(str); _capacity = strlen(str); _str = new char[_capacity + 1]; memcpy(_str, str, _size + 1); } string(const string& s) { size_t len = strlen(s._str); _str = new char[len + 1]; memcpy(_str, s._str, len + 1); _size = s._size; _capacity = s._capacity; } //string& operator=(const string& s) //{ // if (*this != s) // { // delete[] _str; // _str = new char[strlen(s._str) + 1]; // _size = s._size; // _capacity = s._capacity; // } // return *this; //} //string& operator=(const string& s) //{ // if (*this != s) // { // string tmp(s); // std::swap(_size, tmp._size); // std::swap(_capacity, tmp._capacity); // std::swap(_str, tmp._str); // } // return *this; //} string& operator=(string tmp) { if (*this != tmp) { std::swap(_size, tmp._size); std::swap(_capacity, tmp._capacity); std::swap(_str, tmp._str); } return *this; } ~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = _capacity = 0; } const char* c_str() const { return _str; } size_t size() const { return _size; } char& operator[](size_t pos) { assert(pos <= _size); return _str[pos]; } const char& operator[](size_t pos) const { 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 = 0) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; memcpy(tmp, _str, _size); delete[] _str; _str = tmp; _capacity = n; } } void push_back(char c) { if (_capacity == _size) { //二倍扩容:判断_capacity是否为空 reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } _str[_size] = c; ++_size; _str[_size] = '\0'; } string& append(const char* s) { size_t len = strlen(s); if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } memcpy(_str + _size, s, _size + len + 1); _size += len; return *this; } string& operator+=(char c) { push_back(c); return *this; } string& operator+=(const char* str) { append(str); return *this; } void insert(size_t pos, size_t n, char c) { assert(pos <= _size); if (_size + n > _capacity) { reserve(_size + n); } //挪动数据 size_t end = _size; //end不等于npos是为了防止原字符串为空 while (end >= pos && end != npos) { _str[end + n] = _str[end]; --end; } //添加数据 for (size_t i = pos; i < n + pos; ++i) { _str[i] = c; } _size += n; } void insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos <= _size); size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { reserve(_size + len); } //挪动数据 size_t end = _size; //end不等于npos是为了防止原字符串为空 while (end >= pos && end != npos) { _str[end + len] = _str[end]; --end; } //添加数据 for (size_t i = 0; i < len; ++i) { _str[i + pos] = str[i]; } _size += len; } void erase(size_t pos, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); if (pos + len >= _size || len == npos) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { size_t end = pos + len; while (end <= _size) { _str[pos++] = _str[end++]; } _size -= len; } } size_t find(char c, size_t pos = 0) { assert(pos <= _size); for (size_t i = pos; i < _size; ++i) { if (_str[i] == c) { return i; } } return npos; } string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos <= _size); size_t n = len; if (pos + len >= _size || len == npos) { n = _size - pos; } string tmp; reserve(n); for (size_t i = 0; i < n; ++i) { tmp[i] = _str[pos + i]; } return tmp; } void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n < _size) { _str[n] = '\0'; _size = n; } else { reserve(n); for (size_t i = _size; i < n; ++i) { _str[i] = ch; } _str[n] = '\0'; _size = n; } } void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; } bool operator<(const string& s) { size_t i1 = 0; size_t i2 = 0; while (i1 < _size && i2 << s._size) { if (_str[i1] < _str[i2]) { return true; } else if (_str[i1] > _str[i2]) { return false; } else { ++i1; ++i2; } } //三种情况： //"hello" "hello" //"helloxxx" "hello" //"hello" "helloxxx" return (_size >= s._size) ? false : true; } bool operator==(const string& s) { return _size == s._size && memcmp(_str, s._str, _size) == 0; } bool operator!=(const string& s) { return !(_str == s._str); } bool operator<=(const string& s) { return *this < s || *this == s; } bool operator>(const string& s) { return !(*this <= s); } bool operator>=(const string& s) { return !(*this < s); } private: char* _str; size_t _size; size_t _capacity; public: const static size_t npos; }; const size_t string::npos = -1; std::ostream& operator<<(std::ostream& out,const string& s) { for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i) { out << s[i]; } return out; } std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s) { s.clear(); char ch; ch = in.get(); while (ch == ' ' || ch == '\n') { ch = in.get(); } char buff[128] = "\0"; size_t i = 0; while (ch != ' ' && ch != '\n') { buff[i++] = ch; if (i == 127) { buff[127] = '\0'; s += buff; i = 0; } ch = in.get(); } if (i != 0) { buff[i] = '\0'; s += buff; } return in; } } 