📙 作者简介 ：RO-BERRY
📗 学习方向：致力于C、C++、数据结构、TCP/IP、数据库等等一系列知识
📒 日后方向 : 偏向于CPP开发以及大数据方向，欢迎各位关注，谢谢各位的支持
目录
- 1.vs和g++下string结构的说明
- 2.经典的string类问题
- 浅拷贝
- 深拷贝
- 3.模拟实现string
- private成员变量
- 构造函数
- 拷贝构造函数
- 赋值拷贝
- 析构函数
- 接口 c_str
- 接口operatror[]
- reserve接口
- push_back接口
- append接口
- operator+=
- insert接口
- erase接口
- swap接口
- find接口
- substr接口
- clear接口
- 流插入输出
- 打印
- 4.测试集
- test1
- test2
- test3
- test4
- test5
- test6
- 5.源码
- string.h
- test.cpp
1.vs和g++下string结构的说明
注意：下述结构是在32位平台下进行验证，32位平台下指针占4个字节。
- vs下string的结构
string总共占28个字节，内部结构稍微复杂一点，先是有一个联合体，联合体用来定义string中字符串的存储空间：
- 当字符串长度小于16时，使用内部固定的字符数组来存放
- 当字符串长度大于等于16时，从堆上开辟空间
这种设计也是有一定道理的，大多数情况下字符串的长度都小于16，那string对象创建好之后，内部已经有了16个字符数组的固定空间，不需要通过堆创建，效率高。
其次：还有一个size_t字段保存字符串长度，一个size_t字段保存从堆上开辟空间总的容量
最后：还有一个指针做一些其他事情。
故总共占16+4+4+4=28个字节。
- g++下string的结构
G++下，string是通过写时拷贝实现的，string对象总共占4个字节，内部只包含了一个指针，该指
针将来指向一块堆空间，内部包含了如下字段：
- 空间总大小
- 字符串有效长度
- 引用计数
- 指向堆空间的指针，用来存储字符串。
2.经典的string类问题
已经对string类进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己来模拟实现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。大家看下以下string类的实现是否有问题？
// 为了和标准库区分，此处使用String
class String
{
public:
/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}
说明： 上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。
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。
就像一个家庭中有两个孩子，但父母只买了一份玩具，两个孩子愿意一块玩，则万事大吉，万一不想分享就你争我夺，玩具损坏。
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。父母给每个孩子都买一份玩具，各自玩各自的就不会有问题了。
深拷贝
如果一个类中涉及到资源的管理，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。一般情况都是按照深拷贝方式提供。
3.模拟实现string
模拟实现string需要我们定义一个命名空间达到隔绝的效果，为了不和库里名称重复
private成员变量
private:
size_t _capacity = 0;
size_t _size = 0;
char* _str = nullptr;
const static size_t npos = -1; //特殊处理，本来是不可以，加上const后可以在这里定义
//const static double npos = -1; //这个设计只针对整数，对其他类型都不支持
构造函数
//string() 这是默认构造，但是我们可以直接写全缺省的构造函数就不需要这个了
// :_str(new char[1]) //这里不能设置为nullptr，设置了会出现空指针解引用的错误
// , _size(0)
// , _capacity(0)
//{
// _str[0] = '\0'; //str初始化为一个\0,与库里面的string相同
//}
string(const char* str = "") //这里给一个空的字符串即可,达到缺省的目的
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1]; //这里要加1，因为strlen是不算\0,我们要给他加上
strcpy(_str, str); //开空间了之后进行拷贝
}
拷贝构造函数
//拷贝构造--防止浅拷贝出现异常，这里就是要实现深拷贝
//传统写法
//string(const string& s)
//{
// _str = new char[s._capacity + 1];
// strcpy(_str, s._str);
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
//}
//现代写法
string(const string& s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp); //swap是我们自定义的函数具体介绍在后面
}
赋值拷贝
//传统写法
//string& operator=(const string& s)
//{
// if (this != &s)
// {
// char* tmp = new char[s._capacity + 1];
// 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(s);
return *this;
}
析构函数
~string() //析构函数
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
接口 c_str
返回字符串
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const //只读函数加const
{
return _size;
}
接口operatror[]
实现string的下标访问
const char& operator[](size_t pos) const //下标访问数据,返回字符引用,根据需求加const，为了print函数能调用
{
assert(pos <= _size); //越界断言
return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos) //下标访问数据,返回字符引用1.减少拷贝2.可以进行修改
{
assert(pos <= _size); //越界断言
return _str[pos];
}
reserve接口
预存容量
void reserve(size_t n) //扩容--开新空间，将数据拷贝，在进行释放旧空间
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
push_back接口
尾插
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity) //扩容
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
append接口
void append(const char* str)
{
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;
}
operator+=
实现
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
insert接口
//在pos位置插入ch字符
void insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size); //越界断言
if (_size == _capacity) //扩容
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
size_t end = _size + 1; //这里采用size+1，为了阻止临界0出现越界
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
_size++;
}
//在pos位置插入str字符串
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size); //越界断言
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
int end = _size;
while (end >=(int) pos)
{
_str[end + len] = _str[end];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
}
erase接口
void erase(size_t pos, size_t len=npos) //缺省值
{
assert(pos < _size);
if (len == npos || pos + len >= _size) //没有传入len，全删
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
_size -= len;
}
}
swap接口
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str); //调用的库里的swap函数
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
find接口
//在pos位置之后查找字符ch
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;
}
//在pos位置之后查找字符串str
size_t find(const char* str , size_t pos = 0)
{
const char* ptr = strstr(_str, str);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}
substr接口
//在pos位置之后取len长度的字符串
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t end = pos + len;
if (len == npos || pos + len >= _size) //有多少取多少
{
end = _size;
}
string str;
str.reserve(end - pos);
for (size_t i = pos; i < end; i++)
{
str += _str[i];
}
return str;
}
clear接口
void clear()
{
_size = 0;
_str[0] = '\0';
}
流插入输出
实现cout输出以及cin输入string
//流插入重载很特殊在全局重载
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
//直接进行输出即可
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char buff[128]; //如果输入的字符串比较长，就需要很多次扩容，使用buff就不需要考虑没空间的问题
char ch = in.get(); //这里要用in.get()函数才能取到
//in >> ch; //cin默认取不到换行和空格
int i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
//in >> ch;
ch = in.get(); //这里要用in.get()函数才能取到
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
打印
//设置在全局的打印函数
void print_str(const string& s)
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
{
cout << s[i] << endl;
}
cout << s.c_str() << endl;
//迭代器的使用 本身可以修改指向的内容不可修改
string::const_iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
4.测试集
test1
void test_string1() //测试函数
{
string s1("hello world"); //构造函数测试
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
//遍历
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
s1[i]++;
}
cout << s1.c_str() << endl;
//对于const对象迭代器的使用
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//傻瓜式的替换成迭代器
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
print_str(s1); //print函数的调用
cout << endl;
}
运行结果:
test2
void test_string2()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
//insert函数测试
s1.insert(5, 'y');
s1.insert(0, 'y');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, "yxxxx");
cout << s1.c_str() << endl;
}
运行结果：
test3
void test_string3()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(5, 3);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(5, 100);
cout << s1.c_str() << endl;
}
运行结果：
test4
void test_string4()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("xxxxxx");
//std::swap(s1, s2);
s1.swap(s2);
cout << s1.c_str() << endl;
}
运行结果：
test5
void test_string5()
{
string s1("hello world");
string s2(s1); //需要深拷贝
cout << s2.c_str() << endl;
string s3 = "xxxxxx"; //需要写赋值构造，因为要考虑空间不同的问题
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
}
运行结果：
test6
void test_string6()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl; //传统打印
//实现直接打印
cout << s1 << endl;
cin >> s1;
cout << s1 << endl;
}
运行结果：
5.源码
string.h
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace A //命名空间
{
class string
{
public:
//string() 这是默认构造，但是我们可以直接写全缺省的构造函数就不需要这个了
// :_str(new char[1]) //这里不能设置为nullptr，设置了会出现空指针解引用的错误
// , _size(0)
// , _capacity(0)
//{
// _str[0] = '\0'; //str初始化为一个\0,与库里面的string相同
//}
//迭代器---这里的迭代器是我们的原生指针，但是不是所有的容器都是原生指针，这是因为string底层是连续的空间
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;
}
string(const char* str = "") //这里给一个空的字符串即可,达到缺省的目的
{
_size = strlen(str);
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1]; //这里要加1，因为strlen是不算\0,我们要给他加上
strcpy(_str, str); //开空间了之后进行拷贝
}
//拷贝构造--防止浅拷贝出现异常，这里就是要实现深拷贝
//传统写法
//string(const string& s)
//{
// _str = new char[s._capacity + 1];
// strcpy(_str, s._str);
// _size = s._size;
// _capacity = s._capacity;
//}
//现代写法
string(const string& s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
//传统写法
//string& operator=(const string& s)
//{
// if (this != &s)
// {
// char* tmp = new char[s._capacity + 1];
// 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(s);
return *this;
}
~string() //析构函数
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
const char* c_str() const
{
return _str;
}
size_t size() const //只读函数加const
{
return _size;
}
const char& operator[](size_t pos) const //下标访问数据,返回字符引用,根据需求加const，为了print函数能调用
{
assert(pos <= _size); //越界断言
return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos) //下标访问数据,返回字符引用1.减少拷贝2.可以进行修改
{
assert(pos <= _size); //越界断言
return _str[pos];
}
void reserve(size_t n) //扩容--开新空间，将数据拷贝，在进行释放旧空间
{
if (n > _capacity)
{
char* tmp = new char[n];
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)
{
if (_size == _capacity) //扩容
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
_str[_size] = ch;
_size++;
_str[_size] = '\0';
}
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;
}
void insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size); //越界断言
if (_size == _capacity) //扩容
{
size_t newCapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newCapacity);
}
size_t end = _size + 1; //这里采用size+1，为了阻止临界0出现越界
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
_size++;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size); //越界断言
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
reserve(_size + len);
}
int end = _size;
while (end >=(int) pos)
{
_str[end + len] = _str[end];
--end;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
}
void erase(size_t pos, size_t len=npos) //缺省值
{
assert(pos < _size);
if (len == npos || pos + len >= _size) //没有传入len，全删
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
_size -= len;
}
}
void swap(string& s)
{
std::swap(_str, s._str);
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
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* str , size_t pos = 0)
{
const char* ptr = strstr(_str, str);
if (ptr == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return ptr - _str;
}
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
size_t end = pos + len;
if (len == npos || pos + len >= _size) //有多少取多少
{
end = _size;
}
string str;
str.reserve(end - pos);
for (size_t i = pos; i < end; i++)
{
str += _str[i];
}
return str;
}
void clear()
{
_size = 0;
_str[0] = '\0';
}
private:
size_t _capacity = 0;
size_t _size = 0;
char* _str = nullptr;
const static size_t npos = -1; //特殊处理，本来是不可以，加上const后可以在这里定义
//const static double npos = -1; //这个设计只针对整数，对其他类型都不支持
};
//流插入重载很特殊在全局重载
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
//直接进行输出即可
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char buff[128]; //如果输入的字符串比较长，就需要很多次扩容，使用buff就不需要考虑没空间的问题
char ch = in.get(); //这里要用in.get()函数才能取到
//in >> ch; //cin默认取不到换行和空格
int i = 0;
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
if (i == 127)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
//in >> ch;
ch = in.get(); //这里要用in.get()函数才能取到
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
void print_str(const string& s)
{
for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
{
cout << s[i] << endl;
}
cout << s.c_str() << endl;
//迭代器的使用 本身可以修改指向的内容不可修改
string::const_iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void test_string1() //测试函数
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
//遍历
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
s1[i]++;
}
cout << s1.c_str() << endl;
//对于const对象迭代器的使用
string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//傻瓜式的替换成迭代器
for (auto ch : s1)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
print_str(s1);
cout << endl;
}
void test_string2()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
//s1 += "";
//s1 += "assss";
//cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, 'y');
s1.insert(0, 'y');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(5, "yxxxx");
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string3()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(5, 3);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(5, 100);
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("xxxxxx");
//std::swap(s1, s2);
s1.swap(s2);
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string5()
{
string s1("hello world");
string s2(s1); //需要深拷贝
cout << s2.c_str() << endl;
string s3 = "xxxxxx"; //需要写赋值构造，因为要考虑空间不同的问题
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string6()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl; //传统打印
//实现直接打印
cout << s1 << endl;
cin >> s1;
cout << s1 << endl;
}
}
test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"string.h"
int main()
{
//A::test_string1();
//A::test_string2();
//A::test_string3();
//A::test_string4();
//A::test_string5();
A::test_string6();
return 0;
}
