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💦 string类的模拟实现
💨 string.h
#pragma once
namespace bit
{
public:
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()
:_str(new char[1])
,_size(0)
,_capacity(0)
{
*_str = '\0';
}*/
//string(char* str = "\0")
string(char* str = "")
:_size(strlen(str))
,capacity(_size);
{
_str(new char[_capacity + 1]);//预留\0
strcpy(_str, str);
}
//s1.swap(s2)
void swap(string& s)
{
//注意这里的swap不算重载，重载要求的是在同一作用域，就像string和vector里都有push_back，它们函数名、返回值、参数可能都是相同的，那它们俩能同时存在的原因就是它俩在不同的作用域
::swap(_str, s._str);
::swap(_size, s._size);
::swap(_capacity, s._capacity);
}
//s2(s1)
string(const string& s)
:_str(nullptr);
{
string tmp(s._str);
swap(tmp)//this->swap(tmp);
}
//s1=s3
string& operator=(string s)
{
swap(s);//this->swap(s);
return *this;
}
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
//读写
char& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//读
const char& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < _size);
return _str[pos];
}
//增容
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, char ch = '\0')
{
if(n <= _size)
{
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
else
{
if(n > _capacity)//一次性增容，避免频繁增容所带来的消耗
{
reserve(n);
}
for(size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n;
_str[_size] = '\0';
}
}
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';*/
//实现insert后直接复用
insert(_size, ch);
}
void append(const char* str)
{
/*size_t len = strlen(str);
if(_size + len > _capacity)//扩容
{
reserve(_size + len);
}
strcpy(_str + _size, str);
_size += len;*/
//复用insert
insert(_size, str);
}
string& operator+=(char ch)
{
push_back(ch);//this->push_back(ch);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
string& operator+=(const string& s)
{
*this += s._str;
return *this;
}
size_t size() const
{
return _size;
}
size_t capacity() const
{
return _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* sub, size_t pos = 0)
{
const char* p = strstr(_str + pos, sub);
if(p == nullptr)
{
return npos;
}
else
{
return p - _str;
}
return npos;
}
string& insert(size_t pos, char ch)
{
assert(pos <= _size);
if(_size == _capacity)
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;
reserve(newcapacity);
}
/*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;
++_size;
return *this;
}
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if(len == 0)//空串直接返回
{
return *this;
}
if(len + _size > _capacity)
{
reserve(len + _size);
}
size_t end = _size + len;
while(end >= pos + len)
{
_str[end] = str[end - len];
--end;
}
for(size_t i = 0; i < len; ++i)
{
_str[pos + i] = str[i];
}
_size += len;
return *this;
}
const char* c_str()
{
return _str;
}
string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
assert(pos < _size);
//1、pos后删完
//2、pos后删一部分
if(len == npos || pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);//这里直接调用strcpy即可
_size -= len;
}
return *this;
}
void print(const string& s)
{
for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
//s[i] = 'x'//err
cout << s[i] << " ";
}
cout << endl;
string::const_iterator it = s.begin();
while(it != s.end())
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
}
void clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
private:
char* _str;
size_t _size;
size_t _capacity;//不包含最后做标识的\0
static const size_t npos;
};
static size_t string::npos = -1;
string operator+(const string& s1, char ch)
{
string ret = s1;
ret += ch;
return ret;
}
string operator+(const string& s1, const char* str)
{
string ret = s1;
ret += str;
return ret;
}
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
out << s[i];
}
return out;
}
istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
s.clear();
char ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
while(ch != ' ' || ch != '\n')
{
s += ch;
//in >> ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
istream& getline>>(string& s)
{
s.clear();
char ch;
ch = in.get();
while(ch != '\n')
{
s += ch;
ch = in.get();
}
return in;
}
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
size_t i1 = 0, i2 = 0;
//“abc" "aa"
//"aa" "abc"
while(i1 < s1.size() && i2 < s2.size())
{
if(s1[i1] > s2[i2])
{
return true;
}
else if(s1[i1] < s2[i2])
{
return false;
}
else
{
++i1;
++i2;
}
}
//"abc" "abc" -> false
//"abcd" "abc" -> true
//"abc" "abcd" -> false
if(i1 == s1.size())
{
return false;
}
else
{
return true;
}
}
bool operator==(const string& s1, const strint& s2)
{
size_t i1 = 0, i2 = 0;
while(i1 < s1.size() && i2 < s2.size())
{
if(s1[i1] != s2[i2])
{
return false;
}
else
{
++i1;
++i2;
}
}
if(i1 == s1.size() && i2 == s2.size())
{
return true;
}
else
{
return false;
}
}
inline bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 == s2);
}
inline bool operator>=(const string& s1, const string& s2)
{
return s1 > s2 || s1 == s2;
}
inline bool operator<(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 >= s2)
}
inline bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
{
return !(s1 > s2)
}
void test_string1()
{
string s1("hello");
s1.push_back(' ');
s1.append("world");
s1 += ' ';
s1 += "world";
string s2(s1);
s2.resize(3);
s2.resize(8, 'x');
s2.resize(20, 'x');
}
void test_string2()
{
//遍历打印
//1、
string s1("hello world");
for(size_t i = 0; i < s1.size(); ++i)
{
s1[i] += 1;//普通迭代器可读写
cout << s1[i] << " ";
}
cout << endl;
//2、
string::iterator it = s.begin();
while(if != s1.end())
{
*it -= 1;
cout << *it << endl;
++it;
}
cout << endl;
//3、
for(auto e : s1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
print(s1);
}
void test_string3()
{
string s1("hello world"):
s1.insert(5, 'x');
cout << s1.c_str() << endl;
string s2("helloworld");
s2.insert(5, "bit");
cout << s2.c_str() << endl;
s2.insert(0, "hello");
cout << s2.c_str() << endl;
string s3("helloworld");
s3.erase(5, 3);
cout << s3.c_str() << endl;
s3.erase(5);
cout << s3.c_str() << endl;
}
void test_string4()
{
string s1("hello");
cin >> s1;
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
//以上两种cout的差别点
string s2("hello");
s2.resize(20);
s2[19] = 'x';
cout << s1 << endl;
cout << s1.c_str() << endl;
string s3;
cin >> s3;
cout << s3 << endl;
}
void test_string5()
{
//string s1;
//cin >> s1;
//cout << s1 << endl;
getline(cin, s1);
cout << s1 << endl;
}
}
💨 string.cpp
#include"string.h"
int main()
{
try
{
bit::test_string1();
bit::test_string2();
bit::test_string3();
bit::test_string4();
bit::test_string5();
}
catch(exception& e)
{
cout << e.what() << endl;
}
return 0;
}
📝说明
对于默认构造函数，我们之前说过写无参的不如写全缺省的，这里的缺省值可以给 "" 或 "\0"。_str 需要支持增删查改，所以得把原来的空间拷贝到新开的一块空间上进行操作，需要注意的是 _capacity 不包含 \0，也就是说 10 个字符需要有 11 个空间。
对于普通数组而言，越界读一般是检查不出来的，越界写是抽查，可能会检查出来，可能的意思是数组后面有一个标志位，如果修改了它就会报错，但不可能数组之后都是标志位，所以就可能就会出现往后越界一个位置会报错，往后越界二个位置不会报错的情况。这个在之前有说过，感兴趣的可以去测试下。 但是在 string 里无论是越界读还是越界写都会报错。
为什么到了 string，[ ] 就查的这么严 ？？？因为 [ ] 是一个函数调用，它对这里的参数进行了严格的检查。
当 _capacity 满了，push_back 直接扩二倍是可以的，但是 append 扩二倍不一定能满足，因为 append 尾插的是一个字符串。
对于 resize，string 里有两个版本，第一个版本如果没给值，它默认是用 \0 初始化，第二个版本是用指定字符初始化。其实第一个版本有点累赘了，这里我们直接把第二个版本的第二个参数设为缺省值为 \0 即可，其中我们在实现 resize 时又分为几种情况：
💨 hello\0：_size = 5
- n <= _size：_size = 3
- n > _size && n < _capacity：_size = 8
- n > _capacity：_size = 15
对于第 3 种，我们也有很多种方法实现，比如去循环复用 +=，当 n 远大于当前空间时效率就很低，可能只需要一步到位的代码，却需要频繁增容，如果你不知道 string 的底层你根本不知道要这样写。这也就是我们为什么要去模拟实现 string 的原因。
对于第 2、3 种，我们的循环里的结束条件不能为 i <= n，因为这里要分情况，如果没传 ch，这里写 i <= n 是没问题的，但是如果传的是 x，就不行了，需要在循环后面补 \0，所以干脆 i < n，再在循环后被 \0。
可以看到迭代器的实现并不难，其实相比 string 和 vector 的迭代器，list 的迭代器就要复杂许多了。string::iterator 就是告诉编译器 iterator 去全局去找是找不到的，要到 string 这个域里去找，迭代器它是一个内嵌类型，所以说它要指定类域。注意这里是一个左闭右开的区间，它是一个普通迭代器，支持读写。
可以看到我们也没实现范围 for，为什么它依然可以完成呢，其实范围 for 的原理就是被替换成迭代器，范围 for 的语法是说取 s1 里的每个数据，赋值给 e，然后它会自动走，自动判断结束。所谓的这些自动其实没这么神奇，就像模板好像很牛逼，写一个 swap，其它地方都可以用，其实是把一些工作交给编译器去做了。这里也是一样，你可以认为这里的 e 是定义的一个变量，然后把 *it 赋值给 e，所以对 e 的改变不会影响 s1，需要加上引用才行。所以范围 for 的原理就是被替换成迭代器。
当然空口无凭，这里我们把 begin 改成了 Begin，报错了，以上就能说明范围 for 会被原模原样的替换成迭代器，但是迭代器得跟着规范去走，得用 begin。
print 就会用到 const 迭代器，对于 const 对象还要去实现一个 const 版本的 operator[]，迭代器也要去实现 const 迭代器。注意对于普通对象和 const 对象，operator[] 和迭代器就必须实现两份，而像 size() 实现一份 const 版本就可以满足了。
注意这里实现的 insert 有问题，当 s1.insert(0, 'x') 时，当 end 减到 -1 时，本来应该结束了，但是它还会走，因为这里当无符号和有符号比较时，进行整型提升了，这里的 -1 会被提升为一个很大的正数。解决方法：
- 将参数的 size_t pos 改成 int pos，但不符合设计的意义
- 在 while 循环里比较时，将 pos 强转为 int
- 将 end 的值改成 _size + 1，具体见详细代码
这里就非常考验 C语言的基本功了，如果你不知道这个提升机制，甚至你在调试的时候都会怀疑是编译器的 bug。
对于erase 的实现，它的第二个参数我们给的是一个缺省值 npos，它是无符号的 -1。
一般我们重载流提取、流插入都是全局的。在实现日期类时，我们也写过，那里需要使用到友元，但是流提取和流插入必须是友元这句话是不对的，日期类里的友元，是要突破封装访问日期类的年月日，这里不一定要去访问。比如流插入的 operator[] 是公有的，流提取提供的 += 是公有的。
对于上面的 operator<<，我们发现它并不能提取我们输入的字符。其实这里的 in 是拿不到换行符或空格的，C语言中的 scanf 也是这样的，对于 C语言它可以使用 getchar 来解决，这里我们可以看到 C++ 中 cin 对象里也有类似的接口 get。
其次 operator>> 里还有个问题，当对 s1 字符串继续 cin >> s1 时，新输入的字符串会补在原字符串的后面，所以这里我们还要提供一个 clear 接口，在 operator>> 的第一行 clear。
以上两种 cout 有无区别 ？？？
一般情况下没有啥区别，但在某种场景下有区别，这种场景很不容易被发现。这里对 s2 resize 后，它会变成 hello\0\0\0\0...x，此时第一个 cout 会全部输出，因为它是按 _size 走的；第二个 cout 不会输出，因为它遇到 \0 就终止。所以大部分情况我们都用第一种 cout，因为它有保障。
这里我们输入 hello world，但只获取到了 hello，这个原因是 cin 是以空格或换行结束的，它认为 hello 和 world 是给两个对象的，所以这里就实现了 getline>>。注意这里的实现和 operator>> 是一样的，不同的地方是 getline 遇到换行才结束。
对于 operator> 写成成员或全局都可以，我们这里根据库里来实现写成全局。注意这里比较的是 ASCII 码。这里比较有如下情况：
- "abc" "aa"
- "aa" "abc"
- "abc" "abc"
- "abcd" "abc"
- "abc" “abcd"
当我们实现了 operator>、operator==，那么其它的就可以直接复用了，且实现为 inline，避免建立函数栈帧所带来的开销。
注意 operator+ 尽量少用，因为它内部需要两次深拷贝。
对于 find 我们这里只实现查找字符和查找字符串
💦 补充
如下 s1 和 s2 对象的大小为什么是 28 字节 ❓
根据我们实现的 string 类，应该只有 12 字节，凭空多出的 16 字节是怎么来的 ？
这其实是 VS 下面的一个技术优化(也可以说是 PJ 版本自己考虑的)，调试发现除了 size、capacity、指针，还多了很多东西。
也就是说你的字符个数小于 16，它不会去堆上开空间，而是存储在 _Buf 数组里；如果字符个数大于等于 16，它就会存储在 _str 指向的堆上。这种方式的好处就是对于小空间不用去系统去申请了，减少内存碎片。
Linux 下 s1 和 s2 的大小 ❗
