STL中的string类的用法以及模拟实现

超、凢脫俗 2023-09-28 13:49 122阅读 0赞

### STL中的string类的用法以及模拟实现 ###

*  1. 标准库中的string类
 *   *  1.1 string类简介
     *  1.2 string类常见接口
 *  2. 深拷贝与浅拷贝
 *   *  2.1 浅拷贝
     *  2.2 深拷贝
 *  3. string类的模拟实现
 *   *  3.1 传统版写法的string类
     *  3.2 现代版写法的string类
     *  3.3 写时拷贝
 *  string模拟实现完整代码

# 1. 标准库中的string类 #

## 1.1 string类简介 ##

[string类文档阅读][string]

1.  字符串是表示字符序列的类
2.  标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。
3.  string类是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char\_traits和分配器类型。
4.  string类是basic\_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic\_string模板类，并用char\_traits和allocator作为basic\_string的默认参数。
5.  注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

**总结：**

1.  string是表示字符串的字符串类
2.  该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。
3.  string在底层实际是：basic\_string模板类的别名，typedef basic\_string<char, char\_traits, allocator>string；
4.  不能操作多字节或者变长字符的序列。

另外要注意的是：  
**在使用string类时，必须包含\#include头文件以及using namespace std;**

## 1.2 string类常见接口 ##

1.  string类对象的常见构造

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>功能说明</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>string()</td> 
   <td>构造空的string类对象，即空字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>string(const char* s)</td> 
   <td>用C-string来构造string类对象</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>string(size_t n, char c)</td> 
   <td>string类对象中包含n个字符c</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>string(const string&amp;s)</td> 
   <td>拷贝构造函数</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

void Teststring()
    {
        
    	string s1; // 构造空的string类对象s1
    	string s2("hello world"); // 用C格式字符串构造string类对象s2
    	string s3(s2); // 拷贝构造s3
    }

string所有的[构造函数][Link 1]。

1.  string类对象的容量操作

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/size/" rel="nofollow">size</a></td> 
   <td>返回字符串有效字符长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/length/" rel="nofollow">length</a></td> 
   <td>返回字符串有效字符长度</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/capacity/" rel="nofollow">capacity</a></td> 
   <td>返回容量大小</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/empty/" rel="nofollow">empty</a></td> 
   <td>检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/clear/" rel="nofollow">clear</a></td> 
   <td>清空有效字符</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/reserve/" rel="nofollow">reverse</a></td> 
   <td>为字符串预留空间</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/resize/" rel="nofollow">resize</a></td> 
   <td>将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符填充</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**注意：**

*  size()与length()方法底层实现原理完全相同，引入size()的原因是为了与其他容器的接口保持一致，一般情况下基本都是用size()。
 *  clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。
 *  resize(size\_t n) 与 resize(size\_t n, char c)都是将字符串中有效字符个数改变到n个，不同的是当字符个数增多时：resize(n)用0来填充多出的元素空间，resize(size\_t n, char c)用字符c来填充多出的元素空间。**注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。**
 *  reserve(size\_t res\_arg=0)：为string预留空间，不改变有效元素个数，当reserve的参数小于string的底层空间总大小时，reserver不会改变容量大小。

1.  string类对象的访问及遍历操作

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operator%5B%5D/" rel="nofollow">operator[] </a></td> 
   <td>返回pos位置的字符，const string类对象调用</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/begin/" rel="nofollow">begin</a> + <a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/end/" rel="nofollow">end</a></td> 
   <td>begin获取第一个字符的迭代器，end获取最后一个字符下一个位置的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/rbegin/" rel="nofollow">rbegin</a> + <a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/rend/" rel="nofollow">rend</a></td> 
   <td>rbegin获取最后一个字符的迭代器，rend获取第一个字符前一个位置的迭代器</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>范围for</td> 
   <td>C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

1.  string类对象的修改操作

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/push_back/" rel="nofollow">push_back</a></td> 
   <td>在字符串后尾插字符c</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/append/" rel="nofollow">append</a></td> 
   <td>在字符串后追加一个字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operator+=/" rel="nofollow">operator+=</a></td> 
   <td>在字符串后追加字符串str</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/c_str/" rel="nofollow">c_str</a></td> 
   <td>返回C格式字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/find/" rel="nofollow">find</a></td> 
   <td>从字符串pos位置开始<strong>往后</strong>找字符c，返回该字符在字符串中的位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/rfind/" rel="nofollow">rfind</a></td> 
   <td>从字符串pos位置开始<strong>往前</strong>找字符c，返回该字符在字符串中的位置</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/substr/" rel="nofollow">substr</a></td> 
   <td>在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**注意：**

*  在string尾部追加字符时，s.push\_back(c） 、s.append(1, c) 、 s += 'c’三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。
 *  对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好。

1.  string类非成员函数

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>函数名称</th> 
   <th>功能</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operator+/" rel="nofollow">operator+</a></td> 
   <td>尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operator%3E%3E/" rel="nofollow">operator&gt;&gt;</a></td> 
   <td>输入运算符重载</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operator%3C%3C/" rel="nofollow">operator&lt;&lt;</a></td> 
   <td>输出运算符重载</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/getline/" rel="nofollow">getline</a></td> 
   <td>获取一行字符串</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td><a href="https://cplusplus.com/reference/string/string/operators/" rel="nofollow">relational operators</a></td> 
   <td>关系运算符重载</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 2. 深拷贝与浅拷贝 #

## 2.1 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。要解决浅拷贝问题，C++中引入了深拷贝。

## 2.2 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。

![d990453d39ad4cb6907f04bcc635ba4f.png][]

# 3. string类的模拟实现 #

## 3.1 传统版写法的string类 ##

class string
    {
        
    public:
    	string(const char* str = "")
    	{
        
    		// 构造string类对象时，如果传递nullptr指针，认为程序非法，此处断言下
    		if(nullptr == str)
    		{
        
    			assert(false);
    			return;
    		}
    		_str = new char[strlen(str) + 1];
    		strcpy(_str, str);
    	}
    	string(const string& s)
    		: _str(new char[strlen(s._str)+1])
    	{
        
    		strcpy(_str, s._str);
    	}
    	string& operator=(const string& s)
    	{
        
    		if(this != &s)
    		{
        
    			char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1];
    			strcpy(pStr, s._str);
    			delete[] _str;
    			_str = pStr;
    		}
    		return *this;
    	}
    	~string()
    	{
        
    		if(_str)
    		{
        
    			delete[] _str;
    			_str = nullptr;
    		}
    	}
    private:
    	char* _str;
    };

## 3.2 现代版写法的string类 ##

class string
    {
        
    public:
    	string(const char* str = "")
    	{
        
    		if(nullptr == str)
    		str = "";
    		_str = new char[strlen(str) + 1];
    		strcpy(_str, str);
    	}
    	string(const string& s)
    		: _str(nullptr)
    	{
        
    		string strTmp(s._str);
    		swap(_str, strTmp._str);
    	}
    	// 对比下和上面的赋值那个实现比较好？
    	string& operator=(string s)
    	{
        
    		swap(_str, s._str);
    		return *this;
    	}
    
    	~string()
    	{
        
    		if(_str)
    		{
        
    			delete[] _str;
    			_str = nullptr;
    		}
    	}
    private:
    	char* _str;
    };

## 3.3 写时拷贝 ##

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

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该资源，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，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

# string模拟实现完整代码 #

#pragma warning(disable : 4996)
    #pragma once
    #include<iostream>
    #include<algorithm>
    
    using std::cout;
    using std::cin;
    using std::ostream;
    using std::istream;
    using std::endl;
    using std::exception;
    
    #include<assert.h>
    
    
    
    class string
    {
        
    	friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s);
    
    	friend istream& operator>>(istream& _cin, string& s);
    
    public:
    	typedef char* iterator;
    	typedef const char* const_iterator;
    
    	iterator begin()
    	{
        
    		return _str;
    	}
    
    	iterator end()
    	{
        
    		return _str + _size;
    	}
    
    	错误实现 导致const对象也可以修改
    	//iterator begin()const
    	//{
        
    	//	return _str;
    	//}
    
    	//iterator end()const
    	//{
        
    	//	return _str + _size;
    	//}
    
    	const_iterator begin()const
    	{
        
    		return _str;
    	}
    
    	const_iterator end()const
    	{
        
    		return _str + _size;
    	}
    
    
    
    	string(const char* str = "")
    		:_size(strlen(str))
    		, _capacity(_size)
    	{
        
    		_str = new char[_capacity + 1];
    		strcpy(_str, str);
    	}
    
    	传统写法
    	//string(const string& s)
    	//	:_size(strlen(s._str))
    	//	,_capacity(_size)
    	//{
        
    	//	_str = new char[strlen(s._str) + 1];
    	//	strcpy(_str, s._str);
    	//}
    
    	void swap(string&s )
    	{
        
    		std::swap(_str, s._str);
    		std::swap(_size, s._size);
    		std:: swap(_capacity, s._capacity);
    	}
    
    	//现代写法
    	string(const string& s)
    		:_str(nullptr)
    		, _size(0)
    		,_capacity(0)
    	{
        
    		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, _str);
    	//		delete[] _str;
    	//		_str = tmp;
    	//		_size = s._size;
    	//		_capacity = s._capacity;
    	//		//if (_str != NULL)
    	//		//{
        
    	//		//	
    	//		//	char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1];
    	//		//	strcpy(tmp, s._str);
    
    	//		//	delete[] _str;
    	//		//	_str = tmp;
    	//		//	_size = s._size;
    	//		//	_capacity = s._capacity;
    	//		//}
    	//	}
    	//	return *this;
    	//}
    
    	现代写法 1、
    	//string& operator=(const string& s)
    	//{
        
    	//	if (this != &s)
    	//	{
        
    	//		string tmp(s._str);
    	//		swap(tmp);
    	//	}
    	//	return *this;
    	//}
    
    
    	 2、
    	string& operator=(string s)
    	{
        
    
    		swap(s);
    		return *this;
    	}
    
    	char& operator[](size_t pos)
    	{
        
    		assert(pos < _size);
    		return _str[pos];
    	}
    
    	const char& operator[](size_t pos)const
    	{
        
    		assert(pos < _size);
    		return _str[pos];
    	}
    
    	~string()
    	{
        
    		if (_str)
    		{
        
    			delete[] _str;
    			_str = nullptr;
    			_size = _capacity = 0;
    		}
    	}
    
    	const char* c_str() const
    	{
        
    		return _str;
    	}
    
    	size_t size() const 
    	{
        
    		return _size;
    	}
    
    	size_t capacity()const
    	{
        
    		return _capacity;
    	}
    
    	void push_back(const char ch)
    	{
        
    		//if (_size == _capacity)
    		//{
        
    		//	//if(_capacity==0?)
    		//	reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
    		//}
    		//_str[_size] = ch;
    		//++_size;
    		//_str[_size] = '\0';
    		insert(_size, ch);
    
    	}
    	string& operator+=(const char ch)
    	{
        
    		push_back(ch);
    		return *this;
    	}
    
    	string& operator+=(const char* str)
    	{
        
    		append(str);
    		return *this;
    	}
    
    	void reserve(size_t n)
    	{
        
    		if (n > _capacity)
    		{
        
    			char* tmp = new char[n + 1];
    			strcpy(tmp, _str);
    			delete[] _str;
    			_str = tmp;
    			_capacity = n;
    		}
    	}
    
    	void resize(size_t n, const char ch = '\0')
    	{
        
    		if (n < _size)
    		{
        
    			_size = n;
    			_str[_size] = '\0';
    		}
    		else
    		{
        
    			if (n > _capacity)
    			{
        
    				reserve(n);
    			}
    
    			for (size_t i = _size; i < n; ++i)
    			{
        
    				_str[i] = ch;
    			}
    			_size = n;
    			_str[_size] = '\0';
    		}
    
    	}
    
    	void append(const char* str)
    	{
        
    		//size_t len = _size + strlen(str);
    		//if (len > _capacity)
    		//{
        
    		//	reserve(len);
    		//}
    
    		//strcpy(_str + _size, str);
    		//_size = len;
    
    		insert(_size, str);
    	}
    
    	string& insert(size_t pos, char ch)
    	{
        
    		assert(pos <= _size);
    		if (_size == _capacity)
    		{
        
    			reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
    		}
    
    		错误代码
    		//size_t end = _size;
    		//while (end >= pos)
    		//{
        
    		//	_str[end + 1] = _str[end];
    		//	--end;
    		//}
    
    		//int end = _size;
    		//while (end >= (int)pos)
    		//{
        
    		//	_str[end + 1] = _str[end];
    		//	--end;
    		//}
    
    		size_t end = _size + 1;
    		while (end > pos)
    		{
        
    			_str[end] = _str[end - 1];
    			--end;
    		}
    
    		_str[pos] = ch;
    
    		return *this;
    	}
    
    	string& insert(size_t pos, const char* str)
    	{
        
    		assert(pos <= _size);
    		size_t len = strlen(str);
    		if (len == 0)
    		{
        
    			return *this;
    		}
    		if (_size + len > _capacity)
    		{
        
    			reserve(_size + len);
    		}
    
    		size_t end = _size + len;
    		
    
    		while (end > pos+len-1)
    		{
        
    			_str[end] = _str[end-len];
    			end--;
    		}
    		//for (int i = 0; i < len; i++, pos++)
    		//{
        
    		//	_str[str + pos] = str[i];
    		//}
    		strncpy(_str + pos, str, len);
    		_size = _size + len;
    
    		return *this;
    	}
    
    	string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)
    	{
        
    		assert(pos < _size);
    		if (len == npos || pos + len >= _size)
    		{
        
    			_str[pos] = '\0';
    			_size = pos;
    		}
    		else
    		{
        
    			size_t begin = pos + len;
    			while (begin <= _size)
    			{
        
    				_str[begin - len] = _str[begin];
    				++begin;
    			}
    			_size -= len;
    
    		}
    		return *this;
    
    	}
    
    	// 返回c在string中第一次出现的位置
    	size_t find(char ch, size_t pos = 0) const
    	{
        
    		for (; pos < _size; ++pos)
    		{
        
    			if (_str[pos] == ch)
    			{
        
    				return pos;
    			}
    		}
    		return npos;
    	}
    
    	// 返回子串s在string中第一次出现的位置
    	size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const
    	{
        
    		const char* p = strstr(_str + pos, str);
    		if (p == nullptr)
    		{
        
    			return npos;
    		}
    		else
    		{
        
    			return p - str;
    		}
    	}
    
    	void clear()
    	{
        
    		_str[0] = '\0';
    		_size = 0;
    	}
    
    private:
    	char* _str;
    	size_t _size;
    	size_t _capacity;
    
    	//const static size_t npos = -1;
    	const static size_t npos;
    };
    
    const size_t string::npos = -1;
    
    bool operator<(const string& s1, const string& s2)
    {
        
    	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
    }
    
    bool operator==(const string& s1, const string& s2)
    {
        
    	return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 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);
    }
    
    ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
    {
        
    	//out << s.c_str();//不打印'\0'
    
    	for (auto ch : s)
    	{
        
    		out << ch;
    	}
    
    	return out;
    }
    
    istream& operator>>(istream& in, string& s)
    {
        
    	//char ch;
    	//ch = in.get();
    	//while (ch != ' ' && ch != '\n')
    	//{
        
    	//	s += ch;
    	//	ch = in.get();
    
    	//}
    	s += ch;
    
    	//return in;
    
    	s.clear();
    
    	char ch;
    	ch = in.get();
    	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;
    }

[string]: https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string
[Link 1]: https://cplusplus.com/reference/string/string/string/
[d990453d39ad4cb6907f04bcc635ba4f.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/d990453d39ad4cb6907f04bcc635ba4f.png