C++第十八弹---string的模拟实现(上)

码农世界 2024-05-24 前端 63 次浏览 0个评论

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💗系列专栏：【C语言详解】【数据结构详解】【C++详解】

1、string结构的创建

2. 构造函数的实现

1.1、无参构造函数

1.2、有参构造函数

1.3、析构函数

3、赋值操作符重载的实现

4、容量操作的实现

5、元素访问的实现

总结

上两弹我们学习了如何使用库中的string类，但是我们作为程序员不仅仅只是会用，还得了解其中的底层原理，因此接下来的内容将一步步的讲解如何模拟实现。

1、string结构的创建

实现有关string的函数功能，前提得有一个string这样的类，因此第一步是创建一个string类，但是为了与库函数的string进行区分，此时可以将类创建在命名空间中。那么string的成员变量有哪些呢？首先需要一个存放字符串地址的指针，存储有效数据个数的变量以及存放容量的变量。

注意：建议将成员变量放在私有权限中，更好的保护数据。

namespace lin
{
	class string
	{
    public:
            //以下为成员函数
	private://保护成员变量，用private
		char* _str;//存放字符串指针
		int _size;//字符串有效数据个数
		int _capacity;//字符串容量
	};
}

2. 构造函数的实现

根据前面构造函数的使用我们可以知道，构造函数有很多个，但是有一些思想基本是一致的，因此博主只对几个常见的构造函数和析构函数进行模拟实现了。

1.1、无参构造函数

根据前面的实现我们知道，无参构造函数时指有效数据个数为0，但是字符串中是存放了'\0'的，因此我们需要开辟一个字节的空间。

string()
     //初始化列表
	:_str(new char)//给_str开辟一个字节空间
	, _size(0)//初始化有效数据为0
	, _capacity(1)//容量为1
    {
		_str[0] = '\0';//将开辟的空间初始化值为'\0'
    }

我们模拟实现了这个构造函数，但是我们需要通过测试才知道是否正确，因此博主推荐的方法是使用多文件，在test.cpp文件中进行对函数的测试，string.h的文件中进行实现函数。

调试的测试结果如下：

1.2、有参构造函数

1、参数为C语言格式的字符串拷贝函数

拷贝函数那么需要将类中的所有成员变量均拷贝过去，有效数据个数为传参的字符串长度，容量也直接等于有效字符串长度即可。

string(const char* str)
	:_str(new char[strlen(str)+1])//开辟字符串长度+1字节的空间
	,_size(strlen(str))//大小为字符串长度
	,_capacity(strlen(str))//容量为字符串长度
{
	strcpy(_str, str);//将字符串的内容拷贝到_str中
}

根据我们的直觉，一般就会直接写以上的代码，但是此代码似乎很繁琐，求了三次字符串长度，我们可不可以进行优化一些呢？

博主的答案是当然可以，我们构造函数的初始化不一定要在初始化列表，也是可以在函数体进行初始化的，还有此代码跟上面的无参构造函数都会开辟新的空间，以及拷贝内容，那么能不能通过缺省参数修改成一个公用的函数呢？

优化一(单独版本)：

string(const char* str)
	:_size(strlen(str))//大小为字符串长度
{
	_capacity = _size;
	_str = new char[_capacity + 1];//开辟空间比字符串长度大1，存放\0
	strcpy(_str, str);//拷贝字符串
}

优化二(合并版本)：

string(const char* str = "")
	:_size(strlen(str))
{
	_capacity = _size;
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
}

2、参数为类对象的拷贝构造函数

此处为了能够满足多文件实现思想，将有效数据个数以及容量封装成一个函数，那么类外也可以访问数据个数以及容量，因此代码如下。

string(const string& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
	_size = s.size();
	_capacity = s.capacity();
}
size_t capacity() const
{
	return _capacity;//类内封装获取容量函数
}
size_t size() const
{
	return _size;//类内封装有效数据个数函数
}

1.3、析构函数

前面构造函数我们是手动开辟的空间，因此需要释放空间。

~string()
{
	delete[] _str;//释放空间
	_str = nullptr;//手动置空，防止野指针
	_size = _capacity = 0;//大小置0
}

3、赋值操作符重载的实现

需要赋值的类的有效数据个数有三种情况：

1、为空串(空间不够)

2、比拷贝的有效数据个数少(空间不够)

3、比拷贝的有效数据个数多(空间足够)

因此此处选择一个通用的解决办法，直接开辟一个新的空间，将原空间的数据拷贝给新空间，然后销毁原空间。

string& operator= (const string& s)
{
	char* tmp = new char[s._capacity + 1];//开辟一个新空间，大小为s的容量+1
	strcpy(tmp, _str);//将原空间的数据拷贝给新空间
	delete[] _str;//释放原空间
	//下面拷贝类中的成员变量数据
	_str = tmp;
	_size = s._size;
	_capacity = s._capacity;
	return *this;//返回string类
}

4、容量操作的实现

注意：返回字符串的长度和容量是不会修改值的，因此可以用const修饰。

容量的常见函数如下：

1、size_t size() const;

//字符串有效数据个数(字符串长度)

2、size_t length() const;

//字符串有效数据个数(字符串长度)

3、size_t capacity() const;

//字符串容量

4、void resize(size_t n);

//扩大字符空间至n字节，大于原来大小则用\0填充

5、void reserve(size_t n = 0);

//扩大容量

6、void clear();

//清空字符串

7、bool empty() const;

//判断是否为空串

size_t capacity() const
{
	return _capacity;
}
size_t size() const
{
	return _size;
}
size_t length() const
{
	return _size;//长度和大小相等的，直接返回大小即可
}
void clear()
{
	_size = 0;//将有效数据个数置0
	_str[_size] = '\0';//第0个位置给\0
}
void reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)//n大于原来容量才需要扩容
	{
		char* tmp = new char[n + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_capacity = n;
	}
}
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
	if (n <= _size)//n小于原来大小，直接给n位置\0
	{
		_str[n] = '\0';
		_size = n;//大小修改为n
	}
	else
	{
		reserve(n);//先扩容再赋值
		for (size_t i = _size; i < n; i++)
		{
			_str[i] = ch;
		}
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
}
bool empty() const
{
	return _size == 0;//大小为0则为空，否则不为空
}

5、元素访问的实现

1、char& operator[] (size_t pos);

//下标访问元素，可修改值
const char& operator[] (size_t pos) const;

//下标访问元素，不可修改值
2、char& at (size_t pos);

//函数访问元素，可修改值

const char& at (size_t pos) const;

//函数访问元素，不可修改值
3、char& back();

//函数访问尾元素，可修改值

const char& back() const;

//函数访问尾元素，不可修改值
4、char& front();

//函数访问头元素，可修改值

const char& front() const;

//函数访问头元素，不可修改值

char& operator[] (size_t pos)
{
	assert(pos < _size);//断言，pos小于_size则没问题，否则报错
	return _str[pos];//返回pos位置元素
}
const char& operator[] (size_t pos) const
{
	assert(pos < _size);
	return (const char&)_str[pos];//强转成const char&类型
}
char& back()
{
	return _str[_size - 1];
}
const char& back() const
{
	return (const char&)_str[_size - 1];
}
char& front()
{
	return _str[0];
}
const char& front() const
{
	return (const char&)_str[0];
}