目錄
引言
標準庫中的?string?類
功能概述
常見操作示例
自我實現簡易?string?類
代碼結構概述
1.?String11.h?頭文件
?類的成員變量
迭代器相關?
構造函數和析構函數?
?基本訪問和修改方法
賦值運算符重載?
內存管理和擴容?
以下代碼在.cpp文件中解析:?
?2.?String11.cpp?實現文件
字符串修改操作
插入和刪除操作?
?查找和截取操作
比較運算符重載?
輸入輸出運算符重載
3.?Teststring.cpp?測試文件?
?
主要功能點
4.特色總結?
總結
引言
在 C++ 編程中，string?類是一個非常常用且重要的類，它位于標準庫?<string>?中，為我們處理字符串提供了便捷的方式。不過，為了更好地理解?string?類的工作原理，我們可以嘗試自己實現一個簡易的?string?類。本文將詳細解析 C++ 中的?string?類，并結合提供的代碼文件，介紹如何自我實現一個簡易的?string?類。
標準庫中的?string?類
功能概述
C++ 標準庫中的?string?類是一個模板類?std::basic_string<char>?的特化版本，它封裝了字符數組，提供了一系列操作字符串的方法，如字符串的拼接、查找、替換、插入、刪除等。使用?string?類，我們可以避免手動管理內存，減少內存泄漏的風險。
常見操作示例
#include <iostream>
#include <string>int main() {std::string s1 = "Hello";std::string s2 = " World";std::string s3 = s1 + s2; // 字符串拼接std::cout << s3 << std::endl;size_t pos = s3.find("World"); // 查找子字符串if (pos != std::string::npos) {std::cout << "Found at position: " << pos << std::endl;}s3.insert(5, ","); // 插入字符std::cout << s3 << std::endl;return 0;
}自我實現簡易?string?類
代碼結構概述
提供的代碼文件包含了三個主要部分：String11.h?頭文件、String11.cpp?實現文件和?Teststring.cpp?測試文件。下面我們將詳細分析每個部分。
1.?String11.h?頭文件
一些短小且常用的函數都可以直接在頭文件內實現，調用時直接內聯展開。
?類的成員變量
private:char* _str = nullptr;size_t _size;size_t _capacity;static const size_t npos;_str：一個指向字符數組的指針，用于存儲字符串的實際內容。_size：表示當前字符串的長度，即字符串中字符的個數（不包括字符串結束符?'\0'）。_capacity：表示當前分配給字符串的內存容量，即?_str?指向的字符數組的大小（包括字符串結束符?'\0'）。npos：一個靜態常量，表示無效的位置，通常用于表示查找操作未找到目標時的返回值。
迭代器相關?
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;}- 功能：定義了迭代器類型?
iterator?和?const_iterator，并提供了?begin()?和?end()?方法，使得該?string?類可以像標準容器一樣使用迭代器進行遍歷。 - 特點：支持范圍?
for?循環和其他基于迭代器的算法，增強了代碼的通用性和可維護性。
構造函數和析構函數?
string(const char* str = "")
{_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);
}string(const string& s)
{_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;
}~string()
{delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;
}- 默認構造函數：接受一個 C 風格字符串作為參數，若未提供則默認為空字符串。分配足夠的內存來存儲字符串，并將其復制到?
_str?中。 - 拷貝構造函數：接受一個?
string?對象作為參數，創建一個新的?string?對象，其內容和容量與原對象相同。 - 析構函數：釋放?
_str?指向的動態分配內存，避免內存泄漏，并將?_size?和?_capacity?置為 0。
?基本訪問和修改方法
const char* c_str() const
{return _str;
}void clear()
{_str[0] = '\0';_size = 0;
}const size_t size() const
{return _size;
}const size_t capacity() const
{return _capacity;
}char& operator[](size_t pos)
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}const char& operator[](size_t pos) const
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}c_str()：返回指向字符串實際內容的 C 風格字符串指針。clear()：清空字符串，將字符串的第一個字符置為?'\0'，并將?_size?置為 0。size()：返回字符串的當前長度。capacity()：返回字符串當前分配的內存容量。operator[]：重載了下標運算符，允許通過下標訪問字符串中的字符。提供了常量和非常量版本，以支持對常量和非常量對象的訪問。
賦值運算符重載?
string& operator=(const string& s)
{if(this != &s){delete[] _str;_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;
}- 功能：實現了對象之間的賦值操作。如果目標對象和源對象不是同一個對象，釋放目標對象的原有內存，分配新的內存并復制源對象的內容。
- 特點：使用了自我賦值檢查，避免了不必要的內存釋放和重新分配。
內存管理和擴容?
void reserve(size_t n)
{cout << "reserve:" << n << endl;if(n > _capacity){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}
}- 功能：預留至少?
n?個字符的內存空間。如果?n?大于當前容量，則分配新的內存，將原字符串復制到新內存中，并釋放原內存。 - 特點：避免了頻繁的內存重新分配，提高了性能。
以下代碼在.cpp文件中解析:?
void push_back(char ch);
void append(const char* str);
string& operator+=(char ch);
string& operator+=(const char* str);
void insert(size_t pos, char ch);
void insert(size_t pos, const char* str);
void erase(size_t pos, size_t len = npos);
size_t find(char ch, size_t pos = 0);
size_t find(const char* str, size_t pos = 0);
string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);
bool operator<(const string& s1, const string& s2);
bool operator<=(const string& s1, const string& s2);
bool operator>(const string& s1, const string& s2);
bool operator>=(const string& s1, const string& s2);
bool operator==(const string& s1, const string& s2);
bool operator!=(const string& s1, const string& s2);
istream& getline(istream& in, string& s);
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s);
istream& operator>>(istream& in, string& s);?2.?String11.cpp?實現文件
先給定static變量npos值:
const size_t string::npos = -1;?接下來實現剩下的代碼:
字符串修改操作
void string::push_back(char ch){if(_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}void string::append(const char* str){size_t len = strlen(str);if(len + _size > _capacity){// 大于2倍，需要多少開多少，小于2倍按2倍擴reserve(len + _size > _capacity * 2 ? len + _size : _capacity * 2);}strcpy(_str + _size, str);_size = len;}string& string::operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& string::operator+=(const char* str){append(str);return *this;}push_back(char ch)：在字符串末尾添加一個字符。如果當前容量不足，則進行擴容。append(const char* str)：在字符串末尾添加一個 C 風格字符串。如果需要，會進行擴容。operator+=(char ch)?和?operator+=(const char* str)：重載了?+=?運算符，分別用于添加單個字符和 C 風格字符串，調用?push_back?和?append?方法實現。
插入和刪除操作?
void string::insert(size_t pos, char ch){assert(pos <= _size);if(_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}size_t end = _size + 1;while(end > pos){_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}void string::insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if(len + _size > _capacity){reserve(len + _size > 2 * _capacity ? len + _size : _capacity * 2);}size_t end = _size + len;while(end > pos + len - 1){_str[end] = _str[end - len];end--;}for(size_t i = 0; i < len; i++){_str[pos + i] = str[i];}_size += len;}void string::erase(size_t pos, size_t len){assert(_size > pos);if(len >= _size - pos) // 不能寫pos + len , 因為len == npos時為INT_MAX越界{_size = pos;_str[pos] = '\0';}else{size_t res = pos + len;while(res <= _size){_str[pos++] = _str[res++];}_size -= len;}}insert(size_t pos, char ch)：在指定位置?pos?插入一個字符。如果容量不足，會進行擴容。insert(size_t pos, const char* str)：在指定位置?pos?插入一個 C 風格字符串。同樣，若需要會進行擴容。erase(size_t pos, size_t len = npos)：從指定位置?pos?開始刪除?len?個字符。如果?len?大于等于從?pos?到字符串末尾的字符數，則刪除從?pos?開始的所有字符。
?查找和截取操作
size_t string::find(char ch, size_t pos){assert(pos < _size);for(size_t i = pos; i < _size; i++){if(_str[i] == ch)return i;}return npos;}size_t string::find(const char* str, size_t pos){assert(pos < _size);const char* res = strstr(_str + pos, str);if(res == nullptr){return npos;}return res - _str;}string string::substr(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);//len大于字符串長度，更新一下lenif(len > _size - pos){len = _size - pos;}string sub;sub.reserve(len);for(size_t i = 0; i < len; i++){sub += _str[i + pos];}return sub;}find(char ch, size_t pos = 0)：從指定位置?pos?開始查找字符?ch，返回其第一次出現的位置。如果未找到，則返回?npos。find(const char* str, size_t pos = 0)：從指定位置?pos?開始查找 C 風格字符串?str，返回其第一次出現的位置。若未找到，返回?npos。substr(size_t pos = 0, size_t len = npos)：從指定位置?pos?開始截取長度為?len?的子字符串。如果?len?大于從?pos?到字符串末尾的字符數，則截取到字符串末尾。
比較運算符重載?
bool operator<(const string& s1, const string& s2){return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;}bool operator<=(const string& s1, const string& s2){return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) <= 0;}bool operator>(const string& s1, const string& s2){return !(s1 <= s2);}bool operator>=(const string& s1, const string& s2){return !(s1 < s2);}bool operator==(const string& s1, const string& s2){return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;}bool operator!=(const string& s1, const string& s2){return !(s1 == s2);}- 功能：重載了比較運算符，用于比較兩個?
string?對象的大小。使用?strcmp?函數進行比較。 - 特點：使得?
string?對象可以像標準類型一樣進行比較，方便進行排序和條件判斷。
輸入輸出運算符重載
ostream& operator<<(ostream& out, const string& s){for(auto ch : s){out << ch;}return out;}// istream& operator>>(istream& in, string& s)// {// s.clear();// char ch;// ch = in.get();// while(ch != ' ' && ch != '\n')// {// s += ch;// ch = in.get();// }// return in;// }優化istreamistream& operator>>(istream& in, string& s){s.clear();const int N = 256;char buff[N];int i = 0;char ch;ch = in.get();while(ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if(i == N - 1){buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if(i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}istream& getline(istream& in, string& s){s.clear();const int N = 256;char buff[N];int i = 0;char ch;ch = in.get();while(ch != '\n'){buff[i++] = ch;if(i == N - 1){buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if(i > 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}getline(istream& in, string& s)：從輸入流中讀取一行字符串，直到遇到換行符?'\n'，并將其存儲到?s?中。operator<<(ostream& out, const string& s)：重載了輸出運算符，將?string?對象的內容輸出到輸出流中。operator>>(istream& in, string& s)：重載了輸入運算符，從輸入流中讀取一個單詞（以空格或換行符分隔），并將其存儲到?s?中。
3.?Teststring.cpp?測試文件?
?
#include "String11.h"namespace lmr
{void string_test(){string s("haha");cout << s.c_str() << endl;s += "sss";s += 's';cout << s.c_str() << endl;cout << s.size() << " " << s.capacity() << endl;s.insert(2, "sss");cout << s.c_str() << endl;s.insert(5, '*');cout << s.c_str() << endl;s.erase(2);cout << s.c_str() << endl;string s1("test.cpp");size_t pos = s1.find('.');string buffix = s1.substr(pos);cout << buffix.c_str() << endl; }void string_test1(){string s("Hello World");string s2(s);bool sign = s2 == s;if(sign == true){// cin >> s;getline(cin, s);cout << s << endl;string s3;cin >> s3;cout << s3 << endl;}cout << endl;}}int main()
{lmr::string_test1();return 0;
}
主要功能點
- 測試用例：提供了多個測試用例，測試了字符串的拼接、插入、刪除、查找、截取等操作。
4.特色總結?
- 動態內存管理：通過?
new?和?delete?運算符動態分配和釋放內存，避免了固定大小數組的限制。 - 模擬標準庫接口：提供了與?
std::string?類似的接口，如迭代器、構造函數、賦值運算符等，方便用戶使用。 - 內存優化：使用?
reserve?方法進行內存預分配，減少了頻繁的內存重新分配，提高了性能。 - 異常處理：使用?
assert?進行邊界檢查，確保操作的安全性。但在實際應用中，建議使用更健壯的異常處理機制。 - 可擴展性：可以方便地添加更多的功能，如替換、大小寫轉換等。
總結
通過自我實現一個簡易的?string?類，我們可以更深入地理解 C++ 中?string?類的工作原理和內存管理機制。同時，我們也學習了如何使用類和對象的概念，以及如何重載運算符和使用迭代器。在實際編程中，建議使用標準庫中的?string?類，因為它經過了嚴格的測試和優化，具有更高的性能和可靠性。
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 -- Java使用Redis命令)
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