目录

1. 基本成员变量

2. 默认成员函数

2.1 构造函数

2.2 析构函数

2.3 拷贝构造函数

2.4 赋值运算符重载

3. 容量与大小相关函数

3.1 size

3.2 capacity

4. 字符串访问相关函数

4.1 operator[ ]重载

4.2 迭代器

5.  增加函数接口

5.1 reserve

5.2 resize

5.3 push_back

5.4 append追加字符串 

5.5 operator+=

5.6 insert插入

6. 删除相关接口

6.1 erase

6.2 clear清楚数据

7. find查找函数

8. c_str

9. swap交换函数

10. 非成员函数

10.1 关系运算符号重载

10.2 流插运算符重载

10.3 getline函数

1. 基本成员变量

namespace cpp
{
    //使用命名空间防止定义的string类与库里的string类冲突
	class string
	{
	public:
	//……
	private:
		char* _str;       //存储字符串
		size_t _size;	  //有效字符个数
		size_t _capacity; //实际存储有效字符的空间，不包含'\0'
        const static size_t npos;
	};
    const size_t string::npos = -1;
}

2. 默认成员函数

2.1 构造函数

这里的构造函数最好写成全缺省函数，与标准库里的构造函数相一致。

//全缺省的默认构造函数
string(const char* str = "")//标准库里string定义对象的默认值为空串""
	//按声明的顺序进行初始化
	:_size(strlen(str))
	, _capacity(_size)
{
	_str = new char[_capacity + 1];//在堆上为_str开空间，+1是给'\0'留的
	strcpy(_str, str);//把常量字符串的内容拷贝过去
}

2.2 析构函数

这里string类里的_str是动态开辟建立在堆中的，堆区的空间不能自动销毁因此需要我们手动去销毁。

//析构函数
~string()
{
	if (_str)
	{
		delete[] _str;
		_str = nullptr;
		_size = _capacity = 0;
	}
}

2.3 拷贝构造函数

首先，我们不写，编译器会默认生成一个拷贝构造函数，不过是值拷贝或者浅拷贝，按字节拷贝的。

浅拷贝：两个对象指向同一块空间，析构时导致同一块空间析构两次。

浅拷贝针对于日期类这种是非常适合的，不过对于string类这样_str是动态开辟到堆上的，如果使用值拷贝会导致1、析构两次 2、一个对象修改会影响另外一个。因此我们需要写深拷贝。深拷贝的核心要点在于我和你的有一样的值，但是使用的不是同一块空间。

深拷贝有两种写法：传统写法和现代写法。

• （1）传统写法

传统写法就是先开辟一块能够容纳原字符串大小的空间，最后把拷贝的对象的字符串数据拷贝到新开的空间里头即可。

//拷贝构造函数
//不能用浅拷贝，原因如下：1、析构两次 2、一个对象修改会影响另外一个
//传统写法
//s2(s1);
string(const string& s)
	:_size(strlen(s._str))
	,_capacity(_size)
{
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
}

• （2）现代方法

传统写法是本分的自己开空间，然后再拷贝数据，而现代方法就是剥削，要完成深拷贝，自己不想干活就安排别人干活，然后窃取别人的劳动成果。

假如拿s1去拷贝s2、s2(s1)，现代方法就是我设定了一个tmp对象，拿s1._str的字符串作为参数去给tmp对象完成构造函数，再利用swap函数把tmp对象的_str、_size、_capacity全部与s1的交换即可完成现代方法的深拷贝。但是在这之前注意把s1的数据置空，避免交换后tmp调用析构函数出现析构随机值的错误现象。

/*现代写法*/
string(const string& s)
	:_str(nullptr)
	, _size(0)
	, _capacity(0)
{
	string tmp(s._str);//调用构造函数，构造一个字符串作为s.c_str的对象
	swap(tmp);
}

2.4 赋值运算符重载

这里和上述拷贝构造函数一样，我们不写编译器会自动生成，不过对于string类的_str来说，在堆上申请的空间需要自己去释放，否则会导致同一块空间析构两次。此深拷贝依旧有传统写法和现代写法。

• 思路：

如若把s1=s3，这里不能直接进行赋值。要考虑两个问题。

1. 如若s1的空间小于s3，此时直接拷贝过去会导致越界。
2. 如若s1的空间过分大于s3的空间，又会导致直接拷贝后空间过渡浪费。只有在我s1和s3的空间差不多大时，才可以直接进行拷贝。

综上：先把s1原先指向的空间delete释放掉，再把s1重新开辟和s3一样大的空间，记得多开一个字节，因为还有'\0'。再利用strcpy把s3的内容拷贝给s1即可。不过要避免一种特殊情况：自己给自己赋值，如若自己赋值给自己，直接返回，所以加个if条件判断即可。

如果我new开空间失败了，那么就要抛异常，而先前我依旧释放了s1，此时就把s1给破坏了。为了避免这一点，我们可以先开空间再拷贝数据最后再释放从而进行优化，具体见下文。

• 1、传统写法：

//赋值运算符重载 --> 深拷贝
//s1 = s3  s1.operator=(&s1, s3);
string& operator=(const string& s)
{
	//防止自己给自己赋值
	if (this != &s)
	{
	/*	
//法一：
		//先删除原先s1的所有空间，防止赋值后s1过大导致空间浪费，s1过小导致空间不够
		delete[] _str;
		//给s1开辟与s3等价的空间大小，要多开一字节给'\0'
		_str = new char[strlen(s._str) + 1];
		strcpy(_str, s._str);
	*/
//法二优化
        //先开辟空间
		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		strcpy(tmp, s._str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}
	return *this;
}

C语言的动态开辟内存malloc需要检查合法性，而C++的new不需要，new失败的话需要抛异常捕获：

int main()
{
	try
	{
		//C++new失败要抛异常捕获
		//test_string1();
		test_string2();
	}
	catch (const exception& e)
	{
		cout << e.what() << endl;
	}
	return 0;
}

• 2、现代写法：

//现代写法1：
string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)//避免自己给自己赋值
	{
		string tmp(s._str);
		swap(tmp);
	}
	return *this;
}

这里还有另一种更加简洁的现代方法，上述写法是引用传参，这里我们可以直接传值传参，让编译器自动调用拷贝构造函数，再把拷贝出来的对象作为右值与左值交换即可。

//法二：简洁版	
//s1 = s3;
string& operator=(string s)//传值传参调用拷贝构造，s就是s3的深拷贝结果
{
	swap(s);//交换这俩对象
	return *this;
}

不过这种简洁的版本无法避免自己给自己赋值，但很少会出现自己给自己赋值的行为，除非你有啥癖好。所以上述两种方法都可使用。

3. 容量与大小相关函数

3.1 size

直接返回隐含this指针指向的_size即为字符串长度。

//返回字符串的长度
size_t size() const //不改变内部成员，最好加上const
{
	return _size;
}

3.2 capacity

直接返回隐含this指针指向的_capacity即可。

//返回字符串容量
size_t capacity() const //不改变内部成员，最好加上const
{
	return _capacity;
}

4. 字符串访问相关函数

4.1 operator[ ]重载

有了operator[ ]运算符重载，便可以直接用下标+[ ]进行元素访问，不过这里还应提供一个const版本的operator[ ]运算符重载，以便于普通对象和const对象均可调用而不会出现权限放大的问题。

//版本1：
char& operator[](size_t pos)//引用返回，便于后续修改返回的字符
{
	assert(pos < _size);//记得确保pos位置的合法性，不能超过字符串
	return _str[pos]; //返回pos位置字符的引用
}
//版本2：
const char& operator[](size_t pos) const//引用返回，便于后续修改返回的字符
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos]; //返回pos位置字符的引用
}

4.2 迭代器

string类的迭代器就是像字符指针一样的东西

1. begin函数的作用就是返回字符串中第一个字符的地址。
2. end函数的作用就是返回字符串最后一个字符的后一个位置的地址，即'\0'的地址。

//版本1：
typedef char* iterator;
iterator begin()
{
	return _str;//返回第一个有效字符的指针
}
iterator end()
{
	return _str + _size;//返回最后一个字符后一个位置的地址，即'\0'的地址
}

和上文的operator[ ]重载一样，这里也要写一个const版本的迭代器，以便于后续的const对象也能够调用。

//版本2：只读，const对象可调用
typedef const char* const_iterator;
const_iterator begin() const
{
	return _str;//返回第一个有效字符的指针
}
const_iterator end() const
{
	return _str + _size;//返回最后一个字符后一个位置的地址，即'\0'的地址
}

这里还有一种基于迭代器的遍历方式：范围for

范围for的底层实现原理和迭代器没两样，只不过写法看着很高端。

void test_string()
{
	cpp::string s1("hello world");
	//迭代器
	cpp::string::iterator it = s1.begin();
	while (it != s1.end())
	{
		cout << *it << " "; //h e l l o   w o r l d
		it++;
	}
	cout << endl;
	//范围for
	for (auto& ch : s1) //加上引用，相当于是每个字符的别名，便于修改
	{
		ch -= 1;
	}
	for (auto& ch : s1)
	{
		cout << ch << " "; //g d k k n  v n q k c
	}
}

5.  增加函数接口

5.1 reserve

reserve扩容只影响_capacity空间，不影响_size，其有以下两点规则

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，无需操作。

//reserve扩容
void reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)
	{
		char* tmp = new char[n + 1];//每次开空间一定要多给一个字节给'\0'
		strcpy(tmp, _str);
        //释放旧空间
		delete[] _str;
        //把新空间赋给_str
		_str = tmp;
        //更新容量_capacity
		_capacity = n;
	}
}

5.2 resize

resize是将字符串调整为n个字符的长度，不仅会改变_size，还会改变_capacity空间。规则如下：

1. 如果n小于当前的_size长度，将_size缩小到n。
2. 如果n大于当前的_size长度，将_size扩大到n，扩大的字符默认为'\0'。

//resize调整大小
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
	//如果n < _size，就保留前n个字符即可，把下标n置为'\0'
	if (n < _size)
	{
		_size = n;
		_str[_size] = '\0';
	}
	else
	{
		//如果n > _capacity，就要扩容了
		if (n > _capacity)
		{
			reserve(n);
		}
		for (size_t i = _size; i < n; i++)
		{
			//把剩余的字符置为ch
			_str[i] = ch;
		}
		_size = n;
		_str[_size] = '\0';
	}
}

5.3 push_back

首先要考虑需不需要扩容，如若需要，直接复用reserve函数进行增容，追加字符后，记得把最后一个下标_size对应的值置为'\0'。

//push_back
void push_back(char ch)
{
/*法一*/
	//先检查是否需要扩容
	if (_size == _capacity)
	{
		//复用reserve进行扩容，如果一开始容量为0，记得处理，否则容量*2依旧为0
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	_str[_size] = ch;
	_size++;
	_str[_size] = '\0'; //注意最后一个值恒为'\0'以确保字符串的完整性
}

这里我们还可使用后文写好的insert尾插字符，因为当insert函数中的pos为_size时即为尾插：

//push_back尾插字符
void push_back(char ch)
{
	//法二：复用insert尾插入字符
	insert(_size, ch);
}

5.4 append追加字符串 

使用append追加字符串首先要判断是否需要扩容，扩容后利用strcpy函数把追加的字符串拷贝到原字符串末尾即可，不需要额外处理'\0'，因为strcpy默认把'\0'拷贝过去。

//append
void append(const char* str)
{
	//统计追加字符串后的长度
	size_t len = _size + strlen(str);
	//判断是否需要扩容
	if (len > _capacity)
	{
		reserve(len);
	}
	//把字符串追加到末尾
	strcpy(_str + _size, str);
	_size = len;
}

这里也可以使用后文的insert追加字符串来完成，因为当pos为_size时，就是在尾部追加字符串。

void append(const char* str)
{
	//法二：复用insert函数
	insert(_size, str);
}

5.5 operator+=

operator+=可以追加字符、字符串、对象。因此我们可以分开来讨论：

• 追加字符：直接复用push_back

//operator+=字符
string& operator+=(char ch)
{
	//复用push_back
	push_back(ch);
	return *this;
}

• 追加字符串：直接复用append

//operator+=字符串
string& operator+=(const char* str)
{
	//复用append
	append(str);
	return *this;
}

5.6 insert插入

insert的作用是在指定pos位置往后插入字符或字符串。

• insert在pos位置插入字符

这里首先要判断pos的合法性，接下来就要挪动数据了，这里我们优先考虑从最后一个'\0'位置的下一个位置（_size + 1）开始往前挪动。因此定义end指向'\0'后一个位置，当end挪到与pos位置重合时停止，最后把插入的字符ch挪到下标pos处。记得最后更新_size++。

 

//insert插入字符
string& insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	if (_size == _capacity)
	{
		//复用reserve进行扩容，如果一开始容量为0，记得处理，否则容量*2依旧为0
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	size_t end = _size + 1; //最好把end放到_size + 1的位置，防止后续出现整型提升等问题
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end - 1];
		end--;
	}
	//当end挪动到pos的位置时停止挪动，并把ch赋到pos的下标处
	_str[pos] = ch;
	_size += 1;
	return *this;
}

测试插入功能：

void test_string()
{
	cpp::string s("hello world");
	s.insert(6, '@');
	s += '@';
	cout << s.c_str() << endl; //hello @world@
	for (auto& ch : s)
	{
		cout << ch << " "; 
	}
	cout << "#" << endl; //h e l l o   @ w o r l d @ #
	
 	s += '\0';
	for (auto& ch : s)
	{
		cout << ch << " "; 
	}
	cout << "#" << endl; //h e l l o   @ w o r l d @  #
	s.insert(0, '@');
	cout << s.c_str() << endl;//@hello @world@
}

• insert在pos位置插入字符串

首先判断是否需要扩容，接下来挪动数据。定义变量end为_size + len的位置，把pos处往后的字符串整体往后挪动直至空出插入字符串的长度。利用循环+ _str[end] = _str[end - len];来完成。当end挪动到pos + len - 1时结束循环，再利用strncpy函数把插入的字符串拷贝过去即可。

 

//insert插入字符串
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
	assert(pos <= _size);
	size_t len = strlen(str);
    if (len == 0)
	{
		//如果传进来的字符串为空，直接返回即可
		return *this;
	}
	if (_size + len > _capacity)
	{
		//判断是否扩容
		reserve(_size + len);
	}
	size_t end = _size + len;
	//当end >= pos + len时都不结束循环
	while (end >= pos + len)
	{
		_str[end] = _str[end - len];
		end--;
	}
	//不能使用strcpy，因为会把\0也拷过去，就会出错
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
	return *this;
}

//insert插入字符串
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
	assert(pos <= _size);
	size_t len = strlen(str);
    if (len == 0)
	{
		//如果传进来的字符串为空，直接返回即可
		return *this;
	}
	if (_size + len > _capacity)
	{
		//判断是否扩容
		reserve(_size + len);
	}
	size_t end = _size + len;
	//当end >= pos + len时都不结束循环
	while (end >= pos + len)
	{
		_str[end] = _str[end - len];
		end--;
	}
	//不能使用strcpy，因为会把\0也拷过去，就会出错
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
	return *this;
}

测试：

void test_string()
{
	cpp::string s("hello world");
	s.insert(0, "xxx");
	cout << s.c_str() << endl;//xxxhello world
}

6. 删除相关接口

6.1 erase

如果给定删除的长度len为npos无符号值，或者说len + pos的长度>=_size，那么直接把pos位置的值设定为'\0\即可，因为此时就是把pos后的所有数据全部删除。出去这种特殊情况，其余的就是从pos + len处开始先前挪动到_size + 1为止。pos后的数据往前覆盖即可。

 

//erase删除
void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
    assert(pos < _size);
	if (len == npos || pos + len >= _size)
	{
		//这种情况是删除pos后的所有数据，直接把pos处设定为'\0'即可
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{
		size_t begin = pos + len;
		while (begin <= _size)
		{
			_str[begin - len] = _str[begin];
			++begin;
		}
		_size -= len;
	}
}

测试如下：

void test_string9()
{
	cpp::string s("hello world");
	s.insert(0, "xxx");
	cout << s.c_str() << endl;//xxxhello world
	s.erase(0, 3);
	cout << s.c_str() << endl;//hellow world
}

6.2 clear清楚数据

 clear函数是用来清除原字符串的所有数据，并不是连空间一并清除了，所以我们只需要把下标0置为'\0'，并把有效字符个数_size置为0即可。

//clear清除数据
void clear()
{
	_str[0] = '\0';
	_size = 0;
}

7. find查找函数

find函数也分查找字符和字符串.

• find查找字符：

直接遍历即可：

//find查找字符	
size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
	for (; pos < _size; pos++)
	{
		if (_str[pos] == ch)
			return pos;
	}
	//没找到就返回npos，-1
	return npos; //-1
}

• find查找字符串：

这里可以直接复用C语言的strstr函数进行查找，不过该函数返回的是地址，想要获得最终的下标直接利用地址相减即可，p - _str。

size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{
	//直接复用C语言库函数strstr即可，strstr函数返回的是地址
	const char* p = strstr(_str + pos, str);
	if (p == nullptr)
	{
		return npos;
	}
	else
	{
		//返回下标直接用p - str即可
		return p - _str;
	}
}

8. c_str

c_str用于获取c类型的字符串，直接返回字符串即可.

//c_str  获取c形式的字符串
const char* c_str() const //最好加上const，便于普通及const对象均可调用
{
	return _str;
}

9. swap交换函数

swap函数用于交换两个对象的数据，我们可以通过复用库里的swap函数来完成，但是要在前面加上作用域限定符"::"。让编译器在全局域的库里调用swap函数。

//swap交换函数
void swap(string& s)
{
	std::swap(_str, s._str);
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
}

10. 非成员函数

10.1 关系运算符号重载

• 1、operator<

直接借用库函数strcmp进行字符串大小比较即可。此外，和日期类一样，写好了<和==的重载，剩下的4个关系运算符直接复用即可。

//1、operator<
bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
}	
//2、operator==
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
}

剩下4个关系运算符复用上面两个：

//3、operator<=
bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
	return s1 < s2 || s1 == s2;
}
//4、operator>
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 <= s2);
}
//5、operator>=
bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 < s2);
}
//6、operator!=
bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
	return !(s1 == s2);
}

10.2 流插运算符重载

• <<流插入运算符重载

这里我们可以通过范围for来完成<<运算符的重载。

//<<流插入运算符重载
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
	for (auto ch : s)
	{
		out << ch;
	}
	return out;
}

• >>提取入运算符重载

这里实现的过程种要注意当遇到空格或换行符时就要停止读取了。此外，在一开始要记得调用clear函数把原字符串的所有数据给清空，然后才能正常往后输入新的数据，否则新数据会累加到原数据后面，就不是>>预期的效果了。

//>>流提取运算符重载
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
	法一：
    //要先把原字符串的所有数据给清空才可以输入新的数据，否则会累加到原数据后面，出错
	s.clear();
	char ch;
	ch = in.get();//使用get()函数才能获取空格或者换行字符
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		s += ch;
		ch = in.get();
	}
	return in;
}

这里有个缺陷，如若频繁输入大量字符，那么就会多次扩容，扩容也会在效率上有所损耗，因此我们可以提前开辟一个128字节大小的数组，把每次输进的字符放到数组里头，最后当遇到停止的符号时，+=到字符串s上，如若下标加到127，把数组的字符+=到字符串s上，并充值数组为'\0'，更新下标为0即可。以此类推。
 

//>>流提取运算符重载
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
    //法二：
    //要先把原字符串的所有数据给清空才可以输入新的数据，否则会累加到原数据后面，出错
	s.clear();
	char ch;
	ch = in.get();//使用get()函数才能获取空格或者换行字符
	char buff[128] = { '\0' };
	size_t i = 0;
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		buff[i++] = ch;
		if (i == 127)
		{
			s += buff;
			memset(buff, '\0', 128);
			i = 0;
		}
		ch = in.get();
	}
	s += buff;
	return in;
}

10.3 getline函数

getline函数与上述写的<<流提取运算符重载非常相似，唯一不同的地方在于getline只有在遇到换行符才停止读取，而<<在遇到换行符停止外，遇到空格也会停止读取，因此，在<<的基础上改变下if种的判断条件即可：

//getline函数
istream& getline(istream& in, string& s)
{
	s.clear();
	char ch;
	ch = in.get();
	//getline函数只有在遇到换行符才会停止
	while (ch != '\n')
	{
		s += ch;
		ch = in.get();
	}
	return in;
}