关于C++STL string类的介绍及模拟实现
目录
- 一、标准库中的string类
- 1.string类
- 2.string类中的常用接口说明+模拟实现
- 2.1 string类对象的常见构造+模拟实现
- 2.2 string类对象的容量操作+模拟实现
- 2.3 string类对象的访问及遍历操作+模拟实现
- 2.4 string类对象的修改操作+模拟实现
- 2.5 string类非成员函数+模拟实现
一、标准库中的string类
1.string类
字符串的表示字符序列的类
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容器的接口,但添加了专门用于操作
单字节字符字符串的设计特性。
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(关于模板的更多信
息,请参阅basic_string)。
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(根于更多的模板信息请参考basic_string)。
注意,这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列,这个
类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器,将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。
2.string类中的常用接口说明+模拟实现
2.1 string类对象的常见构造+模拟实现
代码演示:
#include<iostream> #include<string> using namespace std; int main() { string s1; string s4("hello world"); string s5("hello world", 7); string s6(10, 'x'); string s2(s4); string s3(s4, 6, 3); cout << "s1:"<< s1.c_str() << endl; cout << "s4:" << s4.c_str() << endl; cout << "s5:" << s5.c_str() << endl; cout << "s6:" << s6.c_str() << endl; cout << "s2:" << s2.c_str() << endl; cout << "s3:" << s3.c_str() << endl; }
运行结果:
模拟实现
由于上面有些接口不常用,所以我就模拟实现了一部分常用的接口
string (const char* s)
namespace cxy { class string { public: string(const char*s = "") { if (s==nullptr) return; _size = strlen(s); _capacity = _size; _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, s); } const char* c_str() { return _str; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
string (const string& str)
void swap (string& str)
namespace cxy { class string { public: void swap(string& str) { //下面的swap会调用库里面的接口 ::swap(_size, str._size); ::swap(_capacity, str._capacity); ::swap(_str, str._str); } string(const char*s = "") { if (s==nullptr) return; _size = strlen(s); _capacity = _size; _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, s); } string(const string& str) :_str(nullptr), _size(0), _capacity(0) { string tmp(str._str); swap(tmp); } char* c_str() { return _str; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
2.2 string类对象的容量操作+模拟实现
代码演示:
int main() { string s1("hello world"); cout <<"s1.size(): " <<s1.size() << endl; cout <<"s1.length(): "<< s1.length() << endl; cout <<"s1.capacity(): "<<s1.capacity() << endl; cout <<"s1:"<< s1 << endl; cout << endl; s1.clear(); cout <<"s1:"<< s1 << endl; cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; cout << "s1.capacity(): " << s1.capacity() << endl; cout << endl; s1 = "hello world"; cout << "s1:" << s1 << endl; cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; cout << "s1.capacity(): " << s1.capacity() << endl; s1.resize(17,'x'); //当n>capacity,则扩容,并且把0~27上位置的空余位置填充‘字符' cout << "s1:" << s1 << endl; cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; cout << "s1.capacity(): " << s1.capacity() << endl; s1.resize(27, 'x'); //当size<n<capacity,则把0~27上位置的空余位置填充‘字符' cout << "s1:" << s1 << endl; cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; cout << "s1.capacity(): " << s1.capacity() << endl; s1.resize(5, 'x'); //当n<size,则只保留n个‘字符',空间大小不变 cout << "s1:" << s1 << endl; cout << "s1.size(): " << s1.size() << endl; cout << "s1.capacity(): " << s1.capacity() << endl; cout << endl; string s2("hello world"); s2.reserve(5); //当n<=capacity时,空间大小不变,且不改变数据内容 cout << "s2:" << s2 << endl; cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl; cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl; s2.reserve(100); //当n>capacity时,空间会增大 cout << "s2:" << s2 << endl; cout << "s2.size(): " << s2.size() << endl; cout << "s2.capacity(): " << s2.capacity() << endl; }
运行结果:
得知:
reserve和resize的区别:reserve不会影响内容,resize会影响内容。
模拟实现
size_t size() const
返回字符串的有效长度
namespace cxy { class string { public: size_t size()const { return _size; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
size_t capacity() const
返回空间的大小
namespace cxy { class string { public: size_t capacity()const { return _capacity; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
bool empty() const
检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false
namespace cxy { class string { public: bool empty()const { return _str == 0; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
void clear()
清空有效字符 ,不会改变容量
namespace cxy { class string { public: void clear() { _size = 0; _str[_size] = '\0'; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
void reserve (size_t n = 0)
请求改变容量 ,此功能对字符串长度没有影响,无法改变其内容
如果 n 大于当前字符串容量,则该函数会导致容器将其容量增加到 n 字符(或更大)
n小于当前字符串容量时,不会发生改变
namespace cxy { class string { public: void reserve(size_t n=0) { if (n > _capacity) { char *tmp = new char[n + 1]; strncpy(tmp,_str,_size+1); delete[]_str; _str = tmp; _capacity = n; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
补充:strncpy是C语言中的函数
char * strncpy ( char * destination, const char * source, size_t num )
功能:
- 将source中的字符串复制到destination中,且复制num个字符个数,如果在没有复制完num个字符之前,找到了source的末尾,则目标填充零,直到向其编写了总共num字符。
- 如果来source中的字符有效长度大于数字,则目的地末尾不会隐含任何空字符('\0')。
- 因此,在这种情况下,目的地不应被视为无效终止的 C 字符串(因此读取它将溢出,所以这种时候记得要在末尾添加'\0')。
void resize (size_t n, char c)
void resize (size_t n)
将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充
- 将字符串大小重新变为n字符的长度。
- 如果 n 小于当前字符串长度,则当前值将缩短为其第一个 n 字符,从而删除 n 之外的字符。
- 如果 n 大于当前字符串长度,则通过在末尾插入尽可能多的字符c以达到 n 的大小来扩展当前内容。
- 如果指定c,则新元素初始化为c的副本,否则,它们是值初始化字符(空字符)。
namespace cxy { class string { public: void resize(size_t n,char c='\0') { if (n<_size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else { if (n > _capacity) { reserve(n); } memset(_str + _size, c, n - _size); _size = n; _str[_size] = '\0'; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
补充:memset是C语言中的函数
void * memset ( void * ptr, int value, size_t num )
功能:
- 将value传到prt中,以第一个位置开始传,传num个,传完为止。
总结
- 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()。
- 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。
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
- 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。
2.3 string类对象的访问及遍历操作+模拟实现
代码演示:
int main() { string s("hello world"); cout << "operator[] :"; for (size_t i = 0; i < s.size(); i++) cout << s[i] ; cout << endl; //迭代器 string::iterator it = s.begin(); cout << "iterator :"; while (it != s.end()) { cout << *it ; ++it; } cout << endl; //范围for cout << "范围for :"; for (auto ch : s) { cout << ch ; } cout << endl; }
模拟实现
const char& operator[] (size_t pos) const
namespace cxy { class string { public: const char& operator[](size_t pos)const { assert(pos < _size); return _str[pos]; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
iterator begin() iterator end()
namespace cxy { class string { public: typedef char* iterator; iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str+_size; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
C++11:范围for
在这里不实现,知道怎么用就行
2.4 string类对象的修改操作+模拟实现
代码演示:
int main() { string s("hello world"); s.push_back('K'); cout << s << endl; s.append("SSSSS"); cout << s << endl; s += "FF"; cout << s << endl; cout << s.find("KSS") << endl; s.erase(11, 8); cout << s << endl; }
运行结果:
模拟实现:只实现了一些常用的接口
void push_back (char c)
在字符串后面插入字符c
namespace cxy { class string { public: void push_back(char c) { if (_size == _capacity) { reserve(_capacity * 2); } _str[_size] = c; _str[_size+1] = '\0'; _size++; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
string& append (const char*s)
在字符串后面追加字符串s
namespace cxy { class string { public: string &append(const char*s) { size_t len = strlen(s)+_size; if (len > _capacity) { reserve(len); } strncpy(_str + _size, s, len - _size+1); _size = len; return *this; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
string& operator+= (const char* s)
在字符串后面追加字符串s
namespace cxy { class string { public: string& operator+=(const char*s) { append(s); return *this; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
const char* c_str() const
返回c格式的字符串
namespace cxy { class string { public: const char* c_str()const { return _str; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const
从字符串pos位置开始往后找字符串s,返回该字符串s在字符串中的位置
namespace cxy { class string { public: size_t find(const char*s,size_t pos=0)const { char *str = _str+pos; while (*str) { char* str_s = str; const char* tmp = s; while (*str_s&&*tmp==*str_s) { tmp++; str_s++; } if (*tmp=='\0') return str - _str; else str++; } return -1; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos)
擦除字符串的一部分,减少其长度
static const size_t npos = 0; namespace cxy { class string { public: string &erase(size_t pos = 0, size_t len = npos) { assert(pos < _size); if (len+pos >= _size) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else { strcpy(_str + pos, _str + pos + len); _size -= len; } return *this; } private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; }
2.5 string类非成员函数+模拟实现
模拟实现
istream& operator>> (istream& is, string& str)
namespace cxy { class string { public: private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; istream& operator >> (istream& is, string& str) { str.clear(); char ch; ch = is.get(); while (ch != ' '&&ch != '\0') { str += ch; ch = is.get(); } return is; } }
说明一下:这个函数实现放在全局,是因为他的is要和对象str抢第一个位置,如果放在string类里面实现,那么第一个位置是this指针,也就是str对象,在用这个函数的时候就会很变扭。
ostream& operator<< (ostream& os, const string& str);
namespace cxy { class string { public: private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; ostream& operator<< (ostream& os, string& str) { for (auto ch:str) { os << ch; } return os; } }
istream& getline (istream& is, string& str)
获取一行字符串
namespace cxy { class string { public: private: size_t _size; size_t _capacity; char* _str; }; istream&getline(istream&is ,string&s) { s.clear(); char ch; ch = is.get(); while (ch != '\0') { s += ch; ch = is.get(); } return is; } }
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