【C++】string详细介绍及模拟实现string类
【C++】string详细介绍及模拟实现string类
文章目录
- 【C++】string详细介绍及模拟实现string类
- 1.什么是string
- 2.string常用接口介绍
- 2.1string类对象的常见构造
- 2.2string类对象的容量操作
- 2.3string类对象的访问及遍历操作
- 2.4string类对象的修改操作
- 2.5string类非成员函数
- 3.string类的模拟实现
- PS.以下标出的函数需要特别注意
- 3.1构造函数
- 3.2重载=
- 3.3重载[]，reserve，resize
- 3.4push_back,append
- 3.5迭代器
- 3.6insert
- 3.7find
- 3.8流提取，流输入
- 4.string模拟实现代码
1.什么是string
提到string，我们先回头看下C语言中的字符串
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OJ中，有关字符串的题目基本以string类的类型出现，而且在常规学习中，为了简单、方便、快捷、基本都在使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。
让我们一起来认识下string类
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。
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
4）不能操作多字节或者变长字符的序列
在使用string类时，必须包含#include头文件以及using namespace std;
若想了解更详细内容，请查询正规文档： string - C++ Reference (cplusplus.com)
2.string常用接口介绍
以下内容均根据官方文档中对string类的详细介绍进行整合编写，如有错误，还望各位大佬指出，多多包涵
2.1string类对象的常见构造
1）string() 功能：构造空的string类对象，即空字符串
2）string(const char* s) 功能：用C-string来构造string类对象
3）string(size_t n,char c) 功能：string类对象中包含n个字符c
4）string(const string& s) 功能：拷贝构造函数
图中以四种不同的方式创建了5个string类对象，接下来让我们分析一下各种创建方式
首先，我们可以看到s1打印在屏幕是一串空字符，而string s1创建时正好没有给s1内容，为一个空字符串;
s2很明显，以Hello world为内容初始化了；s3以5个X来进行初始化。 s4和s5通过拷贝构造函数对s2和s3进行拷贝，存放的字符串内容与其一样。
2.2string类对象的容量操作
1） size 功能：返回字符串有效字符长度
此接口功能简单，不做过多赘述。
2）length 功能：返回字符串有效字符长度
PS： length与size接口功能一样，都是返回字符串有效字符长度。
3）capacity 功能：返回空间总大小
这里我们可以看出size接口返回的值与capacity接口返回的值不同，往后我们再详细分析原因。
4）empty 功能：检测字符串是否为空串
图中getline不懂的同学可以暂时理解为cin/scanf
让我们测试一下，该接口的功能。
我们可以得知，empty接口功能，当字符串为空返回真，不为空则返回假。
5）clear 功能：清空有效字符
很明显，使用clear接口之后，s1中的字符串内容全部清理干净了。
我们可以将clear理解为一个大扫除，会将目标对象中的字符串全部清理干净，“一个不剩”，但是不会改变空间大小。
6）reserve 功能：为字符串预留空间
第63行中，我们使用reserve接口将s1空间扩大到30，但m2的值却是31，这是为什么？
这里为什么m2的值没有发生改变，明明用过了reserve接口？
接下来，让我们一探究竟
仔细阅读，我们会得知，只有当n大于当前的capacity时，才会对其进行预留空间的操作，并且预留空间是否正好为n也是未知数，可能会比n大（正如我上面用的测试用例，n为30，预留空间却成了31）；当n小于当前的capacity，reserve接口不会做任何事情。
7）resize 功能：将有效字符的个数改成n个，多出的空间用字符c填充
resize接口与reserve接口就不一样了
在n小于capacity情况下，都将直接修改你字符串的个数（不是空间大小），并且截断你的字符；
在n大于capcacity情况下，resize也会帮你扩容空间大小，并且你可以选择是否填充字符来补满剩余的空间大小。
string类对象的容量操作相关接口就介绍到这。
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。
2.3string类对象的访问及遍历操作
1）operator[] 功能：返回pos位置的字符，const string类对象调用
string类中对[]进行重载，让其返回pos位置的字符。 让string[i]变成数组一样（char[i]）可以直接通过下标访问
让我们看下调试展示，是否能到达我们所说的效果
很显然，string[i]正如一个数组一样可以通过下标i逐一访问。
2）begin+end
begin接口获得第一个字符的迭代器，end接口获取最后一个字符下一个位置的迭代器。
用a记录下第一个迭代器的位置，用b记录下最后一个字符下一个位置的迭代器的位置
然后计算b-a得出的结果是否为该string类字符串的长度呢？ 结果为是，这样看来迭代器与指针有点异曲同工之妙。
再看下面一部分
正如你想象的一样，将str里面的内容逐一打印出来了。
用for循环把迭代器的位置从begin位置逐渐向end位置移动，并将其对应解引用的字符打印出来，
这样看来越来越像指针了 ：）
3）rbegin+rend
这两个接口与 begin+end 属于“逆行”关系。
rbegin接口返回一个逆向迭代器，指向最后一个字符；rend接口返回一个逆向迭代器，指向第一个元素的前一个位置。
上图应该能让大家更清楚的理解 “逆行” 关系。
2.4string类对象的修改操作
1） push back 功能：在字符串后尾插入字符c
这与我们之前学过的数据结构，栈，队列里面的pushback一样，同样是在数据尾部插入一个对应的数据。
也可以配着循环玩玩 😃
需要注意的是，push back在字符串空间不够的时候会自动扩容
2）append 功能：在字符串后追加一个字符串
往字符串后追加字符时使用append，可以有多种方式来进行操作
3）operator+= 功能：在字符串后追加字符串str
在对于C语言中内置类型，我们知道 a+=b，等价于a=a+b
对于string类，要想往后增加字符或字符串是否只能使用上面介绍的两个接口呢？
那我们是否能将字符串也实现该功能，str1+=str2 ，答案是可以的
4）c_str 功能：返回C格式字符串
5）find+npos 功能：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
find即为查找功能，我们若想在某个字符串中查找某个字符用find即可。
有一点需要注意的是，find接口默认从字符串首个字符开始查询，我们也可以对其修改第一次开始查询的位置。
我们对s1第一次查询的位置进行了修改，在这个位置后面没有‘y’字符，这个时候编译器返回了一个随机值
这个时候我们需要知道，在string类中，存在着npos这样一个值。
“until the end of the string”
6）rfind 功能：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
rfind和find同样是属于“逆行”的关系，rfind就是从字符串末尾开始查询字符c，与find不同的仅仅就是查询方向。
7）substr 功能：在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回
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 。
2.5string类非成员函数
1）operator+ 功能：将各个字符串连接在一起
这个接口可以将“支离破碎”的多个字符串合在一起
可以是定义好的字符串，也可以是未定义的字符串。
2）getline 功能：获取一行字符串
在C++中cin常来作为输入，但我们在输入字符串时，难免会遇到输入空格的情况，但cin遇到空格/回车时会自动结束，将\n存放在缓冲区，所以为了避免这个问题，string类中就有getline接口，在输入时即使碰到空格也不会停止，会将空格存放在字符串中。
PS：上面的几个接口大家了解一下，下面的OJ题目中会有一些体现他们的使用。string类中还有一些其他的操作，这里不一一列举，大家在需要用到时不明白了查文档即可。
string类以及相关常用接口就结束到这里。
接下来让我们尝试模拟string类的实现。**
3.string类的模拟实现
为了与库里的某些函数命名冲突，我们在自己的命名空间里完成模拟实现string类
PS.以下标出的函数需要特别注意
3.1构造函数
需要注意的是这里我们不使用malloc，选择用new，需要手动将str拷贝到_str中，开辟的空间内存也需要多一个用来存放’\0’，string不会自动以’\0’结束。
3.2重载=
记得先进行判断_str是否还留有空间哦，空间不足，需要开辟新的空间，剩余细节与上述构造函数相似。
3.3重载[]，reserve，resize
3.4push_back,append
3.5迭代器
范围for循环
以前觉得迭代器1好像很神秘，但是实现起来就是这么简单。
3.6insert
插入字符
插入字符串
3.7find
查找字符
查找字符串
3.8流提取，流输入
4.string模拟实现代码
最后给出全部代码，供大家参考
#pragma once
#include
#include
namespace YYz
{class string{public:typedef char* iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}string(const char* str="")//构造函数{_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& s)//拷贝构造{_str = new char[s._capacity + 1];_size = s._size;_capacity = s._capacity;strcpy(_str, s._str);}string& operator=(const string& s){if (_capacity == _size){char* tmp = new char[s._capacity + 1];strcpy(tmp,s._str);delete[]_str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}char& operator[](size_t pos){assert(_size < pos);return _str[pos];}void reserve(size_t n){if (_capacity < n){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){reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; ++i){_str[i] = ch;}}else{_size = n;_str[n] = '\0';}}void push_back(char ch){if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\n';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_size + _str, str);_size += len;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* ch){append(ch);return *this;}string& insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4: 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}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){int len = strlen(str);if (_size + len < _capacity){reserve(_size + len);}size_t end = _size + len;while (end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - 1];end--;}strncpy(_str + pos, str, len);_size += len;return *this;}const char* c_str(){return _str;}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}~string()//析构函数{delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}string& erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos <= _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos+len);_size -= len;}return *this;}size_t find(char ch, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);while (pos < _size){if (_str[pos] == ch){return pos;}++pos;}return npos;}size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const{assert(pos < _size);const char* ptr = strstr(_str + pos, str);if (ptr == nullptr){return npos;}else{return ptr - _str;}}void clear(){_size = 0;_str[0] = '\0';}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t npos = -1;};
}
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 buff[128] = { '\0' };size_t i = 0;char ch = in.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){if (i == 127){// 满了s += buff;i = 0;}buff[i++] = ch;ch = in.get();}if (i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;
}