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前言
模拟string函数的实现
浅拷贝
深拷贝
vs和g++下string结构的说明
总结
前言
模拟string函数的实现
浅拷贝
深拷贝
总结
前言
世上有两种耀眼的光芒，一种是正在升起的太阳，一种是正在努力学习编程的你!一个爱学编程的人。各位看官，我衷心的希望这篇博客能对你们有所帮助，同时也希望各位看官能对我的文章给与点评，希望我们能够携手共同促进进步，在编程的道路上越走越远！
提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考
模拟string函数的实现
string.h#pragma once
#include <assert.h>
//string其实就是一个字符顺序表，唯一的区别就是在有效字符后面加了一个\0
namespace bit
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;//把类型重命名成iterator,然后让类域隔开
typedef const char* const_iterator;//const_iterator其实就是const char*
const_iterator begin() const
{
return _str;
}
const_iterator end() const//const修饰的是this
{
return _str + _size;
}
//函数的类型是无法支持函数的重载
iterator begin()
{
return _str;//返回的是字符串第一个字符的下标
}
iterator end()
{
return _str + _size;//返回的是'\0'的下标
}
//无参的构造函数
//string()
// :_str(nullptr)//不能给str空指针，怕返回空指针
// //如果给str赋值 nullptr，采用c语言的接口，返回的字符串是空指针，打印空指针会报错的
// ,_size(0)
// ,_capacity(0)
//{}
//c++兼容c，我们要用c语言的接口：返回字符串
const char* c_str() const
{
return _str;
}
所以，我们要给str开一个空间，并赋值'\0',返回字符的地址，这是可以的
//string()
// :_str(new char[1])
// , _size(0)
// , _capacity(0)
//{
// _str[0] = '\0';
//}
//带参的构造函数
/*string(const char* str)//strlen：遍历字符串，遇到 \0 就停止，不易多调用
:_size(strlen(str))
,_str(new char[strlen(str)+1])
,_capacity(strlen(str))//capacity：不包含 \0
{
strcpy(_str, str);
}*/
//以上的无参和带参的构造函数合二为一：全缺省的构造函数(即可传参，也可不传传参)
//第一种情况：
//string(const char* str = nullptr)
//如果传的是无参，strlen(str)：遍历字符串时，会对指针指向的内容解引用，str指向的是空指针
//第二种情况：
//string(const char* str = '\0')
//也不能给str赋值 '\0',左右两边的类型要匹配；右边类型：char 左边类型：const char*
//第三种情况：
//string(const char* str = "\0")//字符串是"\0",但是结束时，还会再加一个 \0
//第四种情况：
string(const char* str = "")//缺省值给一个空字符串
:_size(strlen(str))
{
_capacity = _size;//capacity：存有效的字符空间，有效的字符是0个，但是还开了一个空间，用来存\0
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
size_t capacity() const
{
return _capacity;
}
//遍历
size_t size() const
{
return _size;//返回有效字符串的个数
}
//函数的声明和定义在一块，本质就相当于是内联
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];//这些数据在堆区上，出来作用域也不会销毁，可以返回别名
}
//函数重载，上面的和下面的各用各的
const char& operator[](size_t pos) const
{
//只能获取pos位置的字符，但是不能修改
assert(pos < _size);
return _str[pos];//这些数据在堆区上，出来作用域也不会销毁，可以返回别名
}
//s2(s1)：深拷贝(拷贝构造函数)
string(const string& s)
{
_str = new char[s._capacity + 1];
strcpy(_str, s._str);
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
}
//s2(s1)
string(const string& s)
{
string tmp(s._str);
swap(tmp);
}
//赋值运算符重载(s1 = s3)：也会出现浅拷贝的问题
string& operator=(const string& s)
{
char* tmp = new char[s._capacity + 1];
strcpy(tmp, s._str);
delete[] _str;//把s1原来空间释放掉
_str = tmp;
_size = s._size;
_capacity = s._capacity;
return *this;
}
//析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
_size = _capacity = 0;
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')//半缺省函数，有实参会替换缺省值
{
//保留前n个数据
if (n <= _size)
{
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
else
{
reserve(n);//n > capacity，就扩容
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_str[n] = '\0';
_size = n;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
//手动扩容
char* tmp = new char[n + 1];//开空间永远要多开一个，多开的一个是给'\0'准备的
strcpy(tmp, _str);//拷贝数据
delete[] _str;//释放旧空间
_str = tmp;//指针指向新空间
_capacity = n;
}
}
void push_back(char ch)
{
// 扩容2倍
/*if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
}
_str[_size] = ch;
++_size;
_str[_size] = '\0';*/
insert(_size, ch);//复用insert()函数
}
void append(const char* str)
{
// 扩容
//size_t len = strlen(str);
//if (_size + len > _capacity)
//{
// //_size:当前字符串的长度；len:插入的字符串的长度；'\0'会单独开空间存放
// reserve(_size + len);
//}
insert(_size, str);//复用insert()函数
}
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);
// 扩容2倍
if (_size == _capacity)
{
reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
}
//挪动数据方法一：
/*int end = _size;
//while (end >= pos)//end：有符号；pos：无符号；有符号会向无符号提升
while (end >= (int)pos)//这里的循环是把包括pos位置和end位置之间的数据往后挪动
{
//如果一个运算符两边的操作数的类型不同的时候,会发生类型提升(范围小的向范围大的提升)
_str[end + 1] = _str[end];
--end;
}*/
/*_str[pos] = ch;
++_size;*/
//挪动数据方法二：
size_t end = _size + 1;
while (end > pos)
{
_str[end] = _str[end - 1];
--end;
}
_str[pos] = ch;
++_size;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);//pos=size--->就相当于尾插
size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity)
{
// 扩容
reserve(_size + len);
}
size_t end = _size + len;
while (end > pos + len - 1)
{
_str[end] = _str[end - len];
end--;
}
strncpy(_str + pos, str, len);
_size += len;
}
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);//不用删除\0
//if (len == npos || len + pos >= _size)
//假如len == npos-1,npos是-1，是无符号整型的最大值，再加pos，可能会存在溢出的风险
if (len == npos || len >= _size - pos)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
_size -= len;
}
}
void swap(string& s)
{
// 我们已经用 using namespace std;将std命名空间域给展开了,为什么还要加 std:: 呢？
// 将 std 命名空间域展开(相当于:小王家开了一个通告,说你们可以拿我家的菜),
// 但是顺序还是不变的:局部域----->全局域----->命名空间域
// 加 std::是为了防止 swap()函数在局部域找swap()函数的定义出处时，发生事故；
// 不加 std:: 的话,swap()函数会先找到 swap(string& s)的,但是参数的类型不一样,会发生报错
std::swap(_str, s._str);//调用库里的模板,这里是交换了堆区空间的地址
std::swap(_size, s._size);
std::swap(_capacity, s._capacity);
}
//找字符
size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
{
assert(pos < _size);
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
if (_str[i] == ch)
return i;
}
return npos;
}
//找字符串
size_t find(const char* sub, size_t pos = 0) const
{
assert(pos < _size);
const char* p = strstr(_str + pos, sub);
if (p)
{
return p - _str;//指针 - 指针 == 两个指针之间的元素个数(返回的是下标)
}
else
{
return npos;
}
}
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
string sub;
//if (len == npos || len >= _size-pos)
if (len >= _size - pos)
{
for (size_t i = pos; i < _size; i++)
{
sub += _str[i];
}
}
else
{
for (size_t i = pos; i < pos + len; i++)
{
sub += _str[i];
}
}
return sub;
}
//只清理空间中的数据,并不会缩容
void clear()
{
_size = 0;
_str[_size] = '\0';
}
private:
//初始化列表初始化的顺序和声明的顺序一样
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;
public:
static const int npos;//npos:是一个公有的静态成员变量
};
const int string::npos = -1;
//string中的非成员函数
void swap(string& x, string& y)
{
x.swap(y);
}
//全局函数
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
return ret == 0;
}
bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
int ret = strcmp(s1.c_str(), s2.c_str());
return ret < 0;
}
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
return s1 < s2 || s1 == s2;
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 <= s2);
}
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 < s2);
}
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 == s2);
}
//流插入(必须是全局函数,没有访问类中的私有成员变量,所以不需要设置成友元函数)
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for (auto ch : s)
{
out << ch;
}
return out;
}
//流提取(是一个覆盖)
istream& operator>>(istream& in, string& s)//提取的字符放入string类型的对象中,所以不需要要用const来修饰
{
//s是s1和s2的别名,s对象中有s1或s2的字符串内容,流提取是一个覆盖；
//此时流提取只会在字符串的尾部插入数据,所以我们要先把s对象中的数据清理掉
s.clear();
char ch;
//in >> s[i];//不能这么写,对象s中还没有写入字符,还没有数据
//in >> ch;
//c++的cin和c语言的scanf是读元素的时候,是读不到空格和换行的
//(他们认为空格或换行是多个元素之间的分割符,会自动把空格或换行符给忽略掉)
//c语言应该用 getchar/getc;但是c++是不能用的
//(因为c语言和c++的iostream流不是同一个,他们都有各自的缓存区)
ch = in.get();//所以用它来取字符
char buff[128];//1、在栈上开空间比在堆上开空间要快一些;2、出了函数作用域空间就销毁了,不会一直浪费空间
size_t i = 0;
//流插入和流提取遇到 空格或换行 就默认结束
while (ch != ' ' && ch != '\n')
{
//buff:字符数组,一段一段往对象s中加
buff[i++] = ch;
// [0,126]
if (i == 127)
{
buff[127] = '\0';
s += buff;//把前127个字符加入对象s中
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;//把有效的数据个数加入对象s中
}
return in;
}
//流提取(是一个覆盖)
//istream& operator>>(istream& in, string& s)//提取的字符放入string类型的对象中,所以不需要要用const来修饰
//{
// //s是s1和s2的别名,s对象中有s1或s2的字符串内容,流提取是一个覆盖；
// //此时流提取只会在字符串的尾部插入数据,所以我们要先把s对象中的数据清理掉
// s.clear();
// char ch;
// //in >> s[i];//不能这么写,对象s中还没有写入字符,还没有数据
// //in >> ch;
// //c++的cin和c语言的scanf是读元素的时候,是读不到空格和换行的
// //(他们认为空格或换行是多个元素之间的分割符,会自动把空格或换行符给忽略掉)
// //c语言应该用 getchar/getc;但是c++是不能用的
// //(因为c语言和c++的iostream流不是同一个,他们都有各自的缓存区)
// ch = in.get();//所以用它来取字符
// s.reserve(128);
// //流插入和流提取遇到 空格或换行 就默认结束
// while (ch != '\n' && ch != ' ')
// {
// s += ch;
// ch = in.get();
// }
// return in;
//}
//获取一行
istream& getline(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
char buff[128];
size_t i = 0;
while (ch != '\n')
{
buff[i++] = ch;
// [0,126]
if (i == 127)
{
buff[127] = '\0';
s += buff;
i = 0;
}
ch = in.get();
}
if (i > 0)
{
buff[i] = '\0';
s += buff;
}
return in;
}
void test_string1()
{
string s1("hello world");
string s2;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
s1[i]++;
}
cout << endl;
//遍历：下标+[]
for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++)
{
//s1：既能调用const的函数，也可以调用非const的函数
//s1.operator[](i)
cout << s1[i] << "";
}
cout << endl;
const string s3("xxxx");//只能调用const char& operator[](size_t pos) const这个函数
for (size_t i = 0; i < s3.size(); i++)
{
//s3[i]++;
cout << s3[i] << " ";
}
cout << endl;
数组的越界是很不好检查的：
//int a[10];
数组的读是检查不出来的
//a[10];
//a[11];
数组的写不一定能检查出来。因为数组的越界检查是一种抽查
//a[10] = 1;
}
void test_string2()
{
string s3("hello world");
//范围for是一个替换机制(会自动替换成迭代器,这个地方是写死的,迭代器中必须要有iterator、begin、end)：
//自动取对象s3里面的数据赋值给ch,自动迭代，自动加加
for (auto ch : s3)//s3是普通对象，范围for替换成普通迭代器
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
//迭代器(像指针，但不一定是指针)
string::iterator it3 = s3.begin();
while (it3 != s3.end())
{
*it3 -= 1;
cout << *it3 << " ";
++it3;
}
cout << endl;
const string s4("xxxx");
string::const_iterator it4 = s4.begin();
while (it4 != s4.end())
{
//*it4 += 3;
cout << *it4 << " ";
++it4;
}
cout << endl;
//s4是const对象，范围for替换成const迭代器(class类中必须声明iterator、begin、end)
for (auto ch : s4)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
void test_string3()
{
string s3("hello world");
s3.push_back('1');
s3.push_back('2');
cout << s3.c_str() << endl;
s3 += 'x';
s3 += "yyyyyy";
cout << s3.c_str() << endl;
string s1("hello world");
s1.insert(11, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(0, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(6, 3);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(6, 30);
cout << s1.c_str() << endl;
s1.erase(3);
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("hello world");
cout << s2.c_str() << endl;
s2.resize(5);
cout << s2.c_str() << endl;
s2.resize(20, 'x');
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string5()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
//此时，这里是 浅拷贝/值拷贝;s1和s2中的_str所指向的空间是同一块,析构函数释放数据会释放两次,
//并且改动数据,对两个都有影响
string s2(s1);
cout << s2.c_str() << endl;
s1[0] = 'x';
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("xxxxx");
s1 = s3;
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string6()
{
string s1("hello world");
cout << s1.c_str() << endl;
s1.insert(6, "xxx");
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("xxxxxxx");
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
swap(s1, s2);//调用库里面的swap模板,代价:三次拷贝构造+一次析构(涉及到深拷贝,释放和申请空间的次数太多)
s1.swap(s2);//高效的方法:交换两个堆区空间的地址,不需要多次释放和申请空间
cout << s1.c_str() << endl;
cout << s2.c_str() << endl;
}
void test_string7()
{
string url1("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/substr/");
string url2("http://www.baidu.com/s?ie=utf-8&f=8&rsv_bp=1&rsv_idx=1&tn=65081411_1_oem_dg&wd=%E5%90%8E%E7%BC%80%20%E8%8B%B1%E6%96%87&fenlei=256&rsv_pq=0xc17a6c03003ede72&rsv_t=7f6eqaxivkivsW9Zwc41K2mIRleeNXjmiMjOgoAC0UgwLzPyVm%2FtSOeppDv%2F&rqlang=en&rsv_dl=ib&rsv_enter=1&rsv_sug3=4&rsv_sug1=3&rsv_sug7=100&rsv_sug2=0&rsv_btype=i&inputT=1588&rsv_sug4=6786");
string protocol, domain, uri;
size_t i1 = url1.find(':');
if (i1 != string::npos)
{
protocol = url1.substr(0, i1 - 0);
cout << protocol.c_str() << endl;
}
// strchar
size_t i2 = url1.find('/', i1 + 3);
if (i2 != string::npos)
{
domain = url1.substr(i1 + 3, i2 - (i1 + 3));
cout << domain.c_str() << endl;
uri = url1.substr(i2 + 1);
cout << uri.c_str() << endl;
}
// strstr
size_t i3 = url1.find("baidu");
cout << i3 << endl;
}
void test_string8()
{
string s1("hello world");
string s2("hello world");
cout << (s1 == s2) << endl;
cout << ("hello world" == s2) << endl;//左边是调用构造成员函数,类型是 const char*
//左边不能是一个成员函数,他必须是一个对象,对象才能调用成员函数
//(解释赋值运算符重载为什么是全局函数,如果是成员函数的话,第一个参数是 this,是对象的地址)
cout << (s1 == "hello world") << endl;
//单参数的构造函数可以支持隐式类型转换(const char*转换成string类型)
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
//c++中的cout和cin的缓存区也不是同一个,所以cout出去的,不会影响cin进来的
cin >> s1 >> s2;
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
getline(cin, s1);
cout << s1 << endl;
}
void test_string9()
{
string s1;
cin >> s1;
cout << s1.capacity() << endl;
}
void test_string10()
{
string s1("hello world");
string s2(s1);
cout << s1 << endl;
cout << s2 << endl;
}
}
test.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include"string.h"
int main()
{
bit::test_string1();
return 0;
}
//内置类型为什么支持流插入和流提取呢？
//因为库里面直接就把内置类型重载了，直接掉库里面的函数；又可以自动识别类型，是因为这些函数有互相构成了函数重载
tmp要初始化为nullptr，否则当swap交换之后，tmp指向空，出了函数的作用域之后，会调用析构函数，析构函数会对tmp局部变量销毁，如果tmp是随机值会报错，而是nullptr的话，就不会有问题。传统写法和现代写法效率基本都一样。
拷贝构造是用一个存在的对象去构造另外一个要初始化的对象，那另外一个对象是没有空间的。
赋值是两个对象都已经存在了。
栈上开空间要比堆区上开空间要快，而且成本更低。
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。
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。
深拷贝
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
union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
value_type _Buf[_BUF_SIZE];
pointer _Ptr;
char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;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
struct _Rep_base
{
size_type _M_length;
size_type _M_capacity;
_Atomic_word _M_refcount;
};
- 指向堆空间的指针，用来存储字符串。
总结
好了，本篇博客到这里就结束了，如果有更好的观点，请及时留言，我会认真观看并学习。
不积硅步，无以至千里；不积小流，无以成江海。
