【C++】string使用模拟实现
创始人
2024-03-03 11:29:48
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文章目录

  • 前言
    • 为什么学习string类?
  • 1. string函数常用接口介绍
    • 1.1 string容器基本概念
    • 1.2 string构造函数
    • 1.3 string访问和修改
    • 1.4 string插入和删除
    • 1.5 string赋值操作
    • 1.5 string字符串拼接
    • 1.7 string查找和替换
    • 1.8 string子串
    • 1.9 string类对象的容量操作
  • 2. string类的模拟实现
    • 实现string的构造
    • 实现string的析构函数
    • 实现reserve和resize
    • 实现string的拷贝构造
    • 实现string赋值运算符重载
    • 实现string的insert函数
    • mini版string完整代码


前言

为什么学习string类?

C语言中,字符串是以’\0’结尾的一些字符的集合,为了操作方便,C标准库中提供了一些str系列的库函数,
但是这些库函数与字符串是分离开的,不太符合OOP的思想,而且底层空间需要用户自己管理,稍不留神可
能还会越界访问。

在刷OJ题中,有关字符串的题目基本以string类的形式出现,而且在常规工作中,为了简单、方便、快捷,基本
都使用string类,很少有人去使用C库中的字符串操作函数。


1. string函数常用接口介绍

1.1 string容器基本概念

string类的文档介绍

本质:

  • string是C++风格的字符串,而string本质上是一个类
  • 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。

使用string类时,必须包含#include头文件以及using namespace std;

string和char * 区别:

  • char * 是一个指针
  • string是一个类,类内部封装了char*,管理这个字符串,是一个char*型的容器。

特点:

string 类内部封装了很多成员方法

例如:查找find,拷贝copy,删除delete 替换replace,插入insert

string管理char*所分配的内存,不用担心复制越界和取值越界等,由类内部进行负责


1.2 string构造函数

官方提供的所有构造函数

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我们已学习的角度主要重点掌握以下几个

构造函数原型:

  • string(); //创建一个空的字符串 例如: string str;
    string(const char* s); //使用字符串s初始化
  • string(const string& str); //使用一个string对象初始化另一个string对象
  • string(int n, char c); //使用n个字符c初始化

示例:

#include 
#include 
using namespace std;int main() 
{//string构造string s1; //创建空字符串,调用无参构造函数cout << "str1 = " << s1 << endl;const char* str = "hello world";string s2(str); //把c_string转换成了stringcout << "str2 = " << s2 << endl;string s3(s2); //调用拷贝构造函数cout << "str3 = " << s3 << endl;string s4(10, 'a');cout << "str3 = " << s3 << endl;return 0;
}

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1.3 string访问和修改

string中单个字符存取方式有两种

  • char& operator[](int n); //通过[]方式取字符
  • char& at(int n); //通过at方法获取字符

示例:

void test01()
{string str = "hello world";for (int i = 0; i < str.size(); i++){cout << str[i] << " ";}cout << endl;for (int i = 0; i < str.size(); i++){cout << str.at(i) << " ";}cout << endl;//字符修改str[0] = 'x';str.at(1) = 'x';cout << str << endl;}int main() {test01();return 0;
}

总结:string字符串中单个字符存取有两种方式,利用 [ ] 或 at

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1.4 string插入和删除

功能描述:

  • 对string字符串进行插入和删除字符操作

函数原型:

  • string& insert(int pos, const char* s); //插入字符串
  • string& insert(int pos, const string& str); //插入字符串
  • string& insert(int pos, int n, char c); //在指定位置插入n个字符c
  • string& erase(int pos, int n = npos); //删除从Pos开始的n个字符

示例:

//字符串插入和删除
int main() {string str = "hello";str.insert(1, "111");cout << str << endl;str.erase(1, 3);  //从1号位置开始3个字符cout << str << endl;return 0;
}

**总结:**插入和删除的起始下标都是从0开始

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1.5 string赋值操作

功能描述:

  • 给string字符串进行赋值

赋值的函数原型:

  • string& operator=(const char* s); //char*类型字符串 赋值给当前的字符串
  • string& operator=(const string &s); //把字符串s赋给当前的字符串
  • string& operator=(char c); //字符赋值给当前的字符串
  • string& assign(const char *s); //把字符串s赋给当前的字符串
  • string& assign(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符赋给当前的字符串
  • string& assign(const string &s); //把字符串s赋给当前字符串
  • string& assign(int n, char c); //用n个字符c赋给当前字符串

示例:

#include 
#include 
using namespace std;
int main() {//赋值string str1;str1 = "hello world";cout << "str1 = " << str1 << endl;string str2;str2 = str1;cout << "str2 = " << str2 << endl;string str3;str3 = 'a';cout << "str3 = " << str3 << endl;string str4;str4.assign("hello c++");cout << "str4 = " << str4 << endl;string str5;str5.assign("hello c++",5);cout << "str5 = " << str5 << endl;string str6;str6.assign(str5);cout << "str6 = " << str6 << endl;string str7;str7.assign(5, 'x');cout << "str7 = " << str7 << endl;return 0;
}

总结:

​ string的赋值方式很多,operator= 这种方式是比较实用的

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1.5 string字符串拼接

功能描述:

  • 实现在字符串末尾拼接字符串

函数原型:

  • string& operator+=(const char* str); //重载+=操作符
  • string& operator+=(const char c); //重载+=操作符
  • string& operator+=(const string& str); //重载+=操作符
  • string& append(const char *s); //把字符串s连接到当前字符串结尾
  • string& append(const char *s, int n); //把字符串s的前n个字符连接到当前字符串结尾
  • string& append(const string &s); //同operator+=(const string& str)
  • string& append(const string &s, int pos, int n);//字符串s中从pos开始的n个字符连接到字符串结尾

示例:

#include 
#include 
using namespace std;
int main() {//字符串拼接string str1 = "我";str1 += "爱玩游戏";cout << "str1 = " << str1 << endl;str1 += ':';cout << "str1 = " << str1 << endl;string str2 = "Minecraft";str1 += str2;cout << "str1 = " << str1 << endl;string str3 = "I";str3.append(" love ");str3.append("game abcde", 4);//str3.append(str2);str3.append(str2, 4, 3); // 从下标4位置开始 ,截取3个字符,拼接到字符串末尾cout << "str3 = " << str3 << endl;return 0;
}

总结:字符串拼接的重载版本很多,重点记住几种即可

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注意:

  1. 在string尾部追加字符时,s.push_back© / 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。

  2. 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。


1.7 string查找和替换

功能描述:

  • 查找:查找指定字符串是否存在
  • 替换:在指定的位置替换字符串

函数原型:

  • int find(const string& str, int pos = 0) const; //查找str第一次出现位置,从pos开始查找
  • int find(const char* s, int pos = 0) const; //查找s第一次出现位置,从pos开始查找
  • int find(const char* s, int pos, int n) const; //从pos位置查找s的前n个字符第一次位置
  • int find(const char c, int pos = 0) const; //查找字符c第一次出现位置
  • string& replace(int pos, int n, const string& str); //替换从pos开始n个字符为字符串str
  • string& replace(int pos, int n,const char* s); //替换从pos开始的n个字符为字符串s

示例:

//查找和替换
void test01()
{//查找string str1 = "abcdefgde";int pos = str1.find("de");if (pos == -1){cout << "未找到" << endl;}else{cout << "pos = " << pos << endl;}pos = str1.rfind("de");cout << "pos = " << pos << endl;}void test02()
{//替换string str1 = "abcdefgde";str1.replace(1, 3, "1111");cout << "str1 = " << str1 << endl;
}int main() {test01();test02();return 0;
}

总结:

  • find找到字符串后返回查找的第一个字符位置,找不到返回-1
  • replace在替换时,要指定从哪个位置起,多少个字符,替换成什么样的字符串

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1.8 string子串

功能描述:

  • 从字符串中获取想要的子串

函数原型:

  • string substr(int pos = 0, int n = npos) const; //返回由pos开始的n个字符组成的字符串

示例:

//子串
int main() {string str = "abcdefg";string subStr = str.substr(1, 3);cout << "subStr = " << subStr << endl;string email = "hello@sina.com";int pos = email.find("@");string username = email.substr(0, pos);cout << "username: " << username << endl;return 0;
}

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1.9 string类对象的容量操作

函数名称功能说明
size(重点)返回字符串有效字符长度
length返回字符串有效字符长度
capacity返回空间总大小
empty (重点)检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false
clear (重点)清空有效字符
reserve (重点)为字符串预留空间
resize (重点)将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充
#include
#include
using namespace std;
int main()
{string s("hello world");cout << "字符串s的长度为:"<

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注意:

  1. 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()。

  2. clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间大小。

  3. 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。

  4. 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。


2. string类的模拟实现

上面已经对string类进行了简单的介绍,大家只要能够正常使用即可。在面试中,面试官总喜欢让我们自己
来模拟实现string类,最主要是实现string类的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。

这里主要把最主要的几个函数接口实现特殊拿出来处理,其他的完整实现就放在最下面的mini版string完整代码中

实现string的构造

string的构造有很多,我们没必要全部实现,只需实现最主要的即可!

下面我们用一个缺省的构造函数,可以实现无参和有参字符串的构造。

为了避免和C++标椎库中的string冲突,我们可以用命名空间封装起来,下面全部的模拟实现都在该命名空间中

namespace hdm
{class string{public://构造函数string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}private:char * _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t  npos = -1;};
}

实现string的析构函数

析构函数相对来说比较简单,我们只需要对字符串的空间进行释放即可

~string()
{delete[]_str;_str = nullptr;_capacity = _size = 0;
}

实现reserve和resize

reserve是为字符串预留空间,简单来说就是用来预先开辟好空间(扩容),避免后续频繁扩容。

resize是将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充,具体代码如下

注意:resize要分情况讨论

void reserve(size_t n)
{if (n > _capacity){char * tem = new char[n + 1];strcpy(tem, _str);delete[] _str;_str = tem;_capacity = n;}
}void resize(size_t n, const char c)
{if (n > _capacity){reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; ++i){push_back(c);}}else if (n > _size){for (size_t i = _size; i < n; ++i){push_back(c);}}_size = n;_str[_size] = '\0';
}

实现string的拷贝构造

string的拷贝构造有两种写法

  1. 老老实实中规中矩的写法

    重新开辟一个空间,将字符串拷贝到新空间上

//传统写法
string(const string& s)
{_str = new char[s._capacity + 1];_capacity = s._capacity;_size = s._size;strcpy(_str, s._str);
}
  1. 现代写法

可以叫工具人写法,直接用要拷贝对象的字符串来构造一个临时对象,然后用它来交换即可

//现代写法
string(const string &s):_str(nullptr), _size(0), _capacity(0)
{string tem(s._str);swap(tem);
}void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}

实现string赋值运算符重载

string的赋值运算符重载也有两种方式实现

  1. 老老实实中规中矩的写法

自己开空间,自己拷贝数据

//传统写法
string& operator=(const string &s)
{if (this != &s){char * tem = new char[s._capacity + 1];strcpy(tem, s._str);delete[] _str;_str = tem;_capacity = s._capacity;_size = s._size;}return *this;
}
  1. 现代写法

也是工具人写法,本质上跟拷贝构造一个道理

//现代写法
string& operator=(string s)
{swap(s);return *this;
}
void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}

实现string的insert函数

string的insert函数有两个,一种是插入一个字符,另一种是插入一个字符串

其中插入一个字符相对来说比较简单,对于插入一个字符串的边界处理比较考验对代码的把控。

  1. 插入一个字符
// 在pos位置上插入字符c
string& insert(size_t pos, char c)
{assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}for (size_t i = _size + 1; i > pos; --i){_str[i] = _str[i - 1];}_str[pos] = c;_size++;return *this;
}
  1. 插入一个字符串
// 在pos位置上插入字符串str
string& insert(size_t pos, const char* str)
{assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len >= _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1)//将pos到_size中的字符往后移{_str[end] = _str[end - len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);//在pos位置插入str_size += len;return *this;
}

mini版string完整代码

#include
#include
using namespace std;namespace hdm
{class string{public:typedef char* iterator;//迭代器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){_str = new char[s._capacity + 1];_capacity = s._capacity;_size = s._size;strcpy(_str, s._str);}
*///现代写法string(const string &s):_str(nullptr), _size(0), _capacity(0){string tem(s._str);swap(tem);}//传统写法//string& operator=(const string &s)//{//	if (this != &s)//	{//		char * tem = new char[s._capacity + 1];//		strcpy(tem, s._str);//		delete[] _str;//		_str = tem;//		_capacity = s._capacity;//		_size = s._size;//	}//	return *this;//}//现代写法string& operator=(string s){swap(s);return *this;}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_capacity = _size = 0;}char& operator[](size_t index){assert(index < _size);return _str[index];}const char& operator[](size_t index)const{assert(index < _size);return _str[index];}const char* c_str()const{return _str;}// iteratoriterator begin()const {return _str;}iterator end()const{return _str + _size;}// modifyvoid push_back(char c){if (_capacity == _size){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;char *tem = new char[newcapacity + 1];_str = tem;_capacity = newcapacity;}_str[_size++] = c;_str[_size] = '\0';}string& operator+=(char c){push_back(c);return *this;}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}void clear(){_size = 0;_str[0] = '\0';}void swap(string& s){std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);}// capacitysize_t size()const{return _size;}size_t capacity()const{return _capacity;}bool empty()const{return _size == 0;}void resize(size_t n, char c = '\0'){if (n>_capacity){reserve(n);memset(_str + _size, c, n - _size);}else if (n<_capacity && n>_size){memset(_str + _size, c, n - _size);}_size = n;_str[n] = '\0';}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char *tem = new char[n + 1];strcpy(tem, _str);delete[] _str;_str = tem;_capacity = n;}}//relational operatorsbool operator<(const string& s)const{return !(*this>s);}bool operator<=(const string& s)const{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s)const{if (strcmp(_str, s._str) > 0){return true;}return false;}bool operator>=(const string& s)const{return !(*this <= s);}bool operator==(const string& s)const{return strcmp(_str, s._str) == 0;}bool operator!=(const string& s)const{return !(*this == s);}// 返回c在string中第一次出现的位置size_t find(char c, size_t pos = 0) const{for (size_t i = pos; i < _size; ++i){if (_str[i] == c){return i;}}return npos;}// 返回子串s在string中第一次出现的位置size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const{char* tem=strstr(_str + pos, s);return tem - _str;;}// 在pos位置上插入字符cstring& insert(size_t pos, char c){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2;reserve(newcapacity);}for (size_t i = _size + 1; i > pos; --i){_str[i] = _str[i - 1];}_str[pos] = c;_size++;return *this;}// 在pos位置上插入字符串strstring& insert(size_t pos,const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len >= _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos+len-1){_str[end] = _str[end-len];--end;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}// 删除pos位置上的元素string& erase(size_t pos, size_t len=npos){assert(pos < _size);if (pos + len>_size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strncpy(_str + pos, _str + pos + len, _size-len+1);_size -= len;}return *this;}private:char* _str;size_t _capacity;size_t _size;const static size_t npos = -1;};ostream& operator<< (ostream& out, 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 buff[128] = { '\0' };char ch = in.get();int i = 0;while (ch != ' '&& ch != '\n'){if (i == 127){s += buff;i = 0;}buff[i++] = ch;ch = in.get();}if (i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}
}

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