摘要：本文介绍了类的常用接口的使用，并对其进行了模拟实现，对模拟实现中涉及到的深浅拷贝问题进行了解析。在此之前，必须提到一个经典问题。为了解决浅拷贝问题，所以中引入了深拷贝。但是实际使用中需要是第一个形参对象，才能正常使用。
本文介绍了string类的常用接口的使用，并对其进行了模拟实现，对模拟实现中涉及到的深浅拷贝问题进行了解析。
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在C语言中，字符串是以"/0"结尾的一些字符的集合，C标准库还提供了str系列的库函数，但是这些库函数与字符串不太符合OOP的思想，底层空间需要用户自己管理，可能会造成越界访问。
C++ 大大增强了对字符串的支持，除了可以使用C风格的字符串，还可以使用内置的 string 类。string 类处理起字符串来会方便很多，完全可以代替C语言中的字符数组或字符串指针。
string是表示字符串的字符串类，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。不能操作多字节或者变长字符的序列。在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string
| (constructor)函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| string() | 构造空的string类对象，即空字符串 |
| string(const char* s) | 用C-string来构造string类对象 |
| string(size_t n, char c) | string类对象中包含n个字符c |
| string(const string&s) | 拷贝构造函数 |
void Teststring(){ string s1; // 构造空的string类对象s1 string s2("abcdef"); // 用C格式字符串构造string类对象s2 string s3(s2); // 拷贝构造s3}| 函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| size | 返回字符串有效字符长度，一般用作返回容器大小的方法 |
| length | 返回字符串有效字符长度，一般用作返回一个序列的长度 |
| capacity | 返回空间总大小 |
| empty | 检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false |
| clear | 清空有效字符 |
| reserve | 为字符串预留空间 |
| resize | 将有效字符的个数该成n个，多出的空间用字符c填充 |
这里的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。
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。
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。
| 函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| operator[] | 返回pos位置的字符，const string类对象调用 |
| begin+ end | begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 |
| rbegin + rend | begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器 |
| 范围for | C++11支持更简洁的范围for的新遍历方式 |
三种迭代
void Teststring(){ string s("hello world"); // 3种遍历方式： // 1. for+operator[] for(size_t i = 0; i < s.size(); ++i) cout<| 函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| push_back | 在字符串后尾插字符 |
| append | 在字符串后追加一个字符串 |
| operator+= | 在字符串后追加字符串 |
| c_str | 返回C格式字符串 |
| find + npos | 从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置 |
| rfind | 从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置 |
| substr | 在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回 |
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。
| 函数名 | 功能说明 |
|---|---|
| operator+ | 尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低 |
| operator>> | 输入运算符重载 |
| operator<< | 输出运算符重载 |
| getline | 获取一行字符串 |
| relational operators | 大小比较 |
int main(){ /*****************构造**********************/ string s1; //无参 string s2("zhtzhtzht"); //带参 string s3(s2); //拷贝构造 string s4 = "zhtzhtzhtzht"; //substring ,给多了或者给string::npos 都是走到尾 string s5(s4, 3, 5); //从3开始5个 cout << s5 << endl; string s6("123456", 3); //取前三个构造 cout << s6 << endl; /*************三种遍历***************/ //1.下标+【】 for (size_t i = 0; i < s2.size(); i++) { cout << s2[i] << " "; } cout <上文对string类进行了简单的介绍，接下来模拟实现string类的主要函数。在此之前，必须提到一个经典问题。
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 if(nullptr == str) { assert(false); return; } _str = new char[strlen(str) + 1]; strcpy(_str, str);}~string(){ if(_str) { delete[] _str; _str = nullptr; }}private: char* _str;};void Teststring(){ string s1("hello"); string s2(s1);}上述代码会崩溃，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。
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，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。
为了解决浅拷贝问题，所以C++中引入了深拷贝。
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。
显式地定义拷贝构造函数，它除了会将原有对象的所有成员变量拷贝给新对象，还会为新对象再分配一块内存，并将原有对象所持有的内存也拷贝过来。这样做的结果是，原有对象和新对象所持有的动态内存是相互独立的，更改一个对象的数据不会影响另外一个对象。
class string{public: string(const char* str = "") { 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;};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); } string& operator=(string s) { swap(_str, s._str); return *this; } ~string() { if(_str) { delete[] _str; _str = nullptr; } }private: char* _str;};写时拷贝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。
下面给出模拟实现的完整代码以及需要注意的点
#include#include#include#includeusing std::cout;using std::endl;namespace zht{ class string { public: typedef char* iterator; //容器迭代器本质上是指针，通过typedef给char*重定义关键字 typedef const char* const_iterator;//迭代器需要提供const型，const 迭代器与普通迭代器在编译器处理时会进行修饰，构成了函数重载 friend std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s); //为了方便内部引用，所以要设置为友元 friend std::istream& operator>>(std::istream& in, string& s); iterator begin() // 开始 { return _str; } const_iterator begin() const //需要提供const类型迭代器，权限只能缩小不能放大，所以在处理const类型的问题时需要使用const类型的迭代器 { return _str; } iterator end() //结束 { return _str + _size; //迭代器结束实在空间的最后一位的后一个 } const_iterator end() const { return _str + _size; } // operator& string(const char* str = "") //构造函数，现代写法，减少创建的临时对象的个数 :_str(new char[strlen(str) + 1]) { _size = strlen(str); _capacity = _size; strcpy(_str,str); } //void swap(string& s) //{ // ::swap(_str,s._str); //::swap(_size,s._size); //::swap(_capacity,s._capacity); //} //开空间 void reserve(std::size_t n) { if(n > _capacity) //当N大于最大容量时扩容 { char* tmp = new char[n + 1]; //创建N+1个空间，需要保存/0. strncpy(tmp, _str, _size + 1); //将原空间中的数据拷贝到新的中 delete []_str; _str = tmp; //更新 _capacity = n; } } //开空间 + 初始化，重置capacity void resize(std::size_t n, char ch = "/0") { //三情况，1.小于当前的字符串长度，2.大于字符串长度但是小于空间大小；3.大于空间大小 if(n < _size) //1.直接在n处加/0 { _size = n; _str[n] = "/0"; } else { if(n > _capacity) //3.扩容，然后与2.合并 { reserve(n); } for(std::size_t i = _size; i < _capacity; i++) //从当前字符串向后覆盖 { _str[i] = ch; } _str[_capacity] = "/0"; _size = n; } } void swap(string& s) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std::swap(_capacity, s._capacity); } string(const string& s) //拷贝构造函数，现代写法，通过创建一个新对象，交换，达到拷贝构造的目的 :_str(NULL) ,_size(0) ,_capacity(0) { string tmp(s._str); swap(tmp); } //binstring& operator+= (char ch) //{ //} string& operator=(string s) // = 运算符重载 { swap(s); return *this; } ~string() { delete [] _str; _str = NULL; _size = 0; _capacity = 0; } void clear() { _size = 0; _str[0] = "/0"; } //可读可写 char& operator[](std::size_t i) { assert(i < _size); ///0,所以闭区间 return _str[i]; } //只读 const char& operator[](std::size_t i) const { assert(i < _size); return _str[i]; } ///返回对象中的字符串，用const const char* c_str() const { return _str; } //pos位置插入 string& insert(std::size_t pos, char ch) { assert(pos <= _size); //可以尾插，所以可以等于 //先判断是否需要扩容 if(_size == _capacity) { reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } //将数据后移 char* end = _size + _str; //从/0开始挪 while (end >= _str + pos)//pos位需要挪 { *(end + 1) = *end; //end向后挪也就是end-1 --end; //再向前 } *(_str + pos) = ch; _size++; return *this; } //插入字符串 string& insert(std::size_t pos,const char* str) { assert(pos <= _size); std::size_t len = strlen(str); if(_size + len > _capacity)//可能会直接大于 { reserve(_size + len); } char* end = _size + _str; while(end >= pos + _str) { *(end + len) = *end; --end; } strncpy(_str + pos, str, len); _size += len; return *this; } void push_back(char ch) //尾插字符 { insert(_size,ch); } void append(const char* str) //尾插字符串 { insert(_size, str); } string& operator+=(char ch) //重载+=字符 { push_back(ch); return *this; } string& operator+=(const char* str) //重载+=字符串 { append(str); return *this; } string& erase(std::size_t pos,std::size_t len = -1) { assert(pos < _size); //两种情况： //1.剩余长度小于需要删除的 //2.剩余长度大于需要删除的 std::size_t LeftLen = _size - pos; if(LeftLen <= len) // 小于，全删除 { _str[pos] = "/0"; _size = pos; } else //大于，len位向前补。 { strcpy(_str + pos, _str + pos + len); _size -= len; } return *this; } std::size_t find (char ch, std::size_t pos = 0) { assert(pos < _size); for(std::size_t i = pos; i < _size; ++i) { if(_str[i] == ch) { return i; } } return -1; } std::size_t find (const char* str, std::size_t pos = 0) { assert(pos < _size); const char* ret = strstr(_str + pos, str); //函数返回在 haystack 中第一次出现 needle 字符串的位置，如果未找到则返回 null。 if(ret) { return ret - _str; } else{ return -1; } } std::size_t size() const { return _size; } private: char* _str; //字符串指针 std::size_t _size; //使用的空间大小 std::size_t _capacity; //空间大小 }; inline bool operator<(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0; //strcmp(str1,str2)，若str1=str2，则返回零；若str1str2，则返回正数 } inline bool operator==(const string& s1, const string& s2) { return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0; } 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); } inline bool operator>=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 < s2); } std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const string& s) //因为cout的输出流对象和隐含的this指针在抢占第一个参数的位置。this指针默认是第一个参数也就是左操作数了。 //但是实际使用中cout需要是第一个形参对象，才能正常使用。 //友元函数可以访问 { for(auto ch : s) //使用范围for遍历字符串 { out << ch; //输出到输出流 } return out; } std::istream& operator>>(std::istream& in,string& s) { s.clear(); char ch; ch = in.get(); while(ch != " " && ch != "/n") { s += ch; ch = in.get(); } return in; }} 文章版权归作者所有，未经允许请勿转载,若此文章存在违规行为，您可以联系管理员删除。
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