C++中String增删查改模拟实现方法举例

2023-11-24 11:39:04 作者：小宇成长录

这篇文章主要给大家介绍了关于C++中String增删查改模拟实现方法的相关资料,String是C++中的重要类型,程序员在C++面试中经常会遇到关于String的细节问题,甚至要求当场实现这个类,需要的朋友可以参考下

前言

本篇博客仅仅实现存储字符的string。同时由于C++string库设计的不合理，博主仅实现一些最常见的增删查改接口！
接下来给出的接口都是基于以下框架：

namespace achieveString
{
	class string
	{

	private:
		char* _str;
		size_t _capacity;
		size_t _size;
	};
}

一、string默认构造、析构函数、拷贝构造、赋值重载

1.1 默认构造

博主在这仅仅提供如无参和带参默认构造接口：

//无参默认构造
string()
	:_str(new char[1]{'\0'})
	,_capacity(0)
	,_size(0)
{ }
//带参默认构造
string(const char* str = "")
	:_capacity(strlen(str))
	,_size(_capacity)
{
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
}

小tips：

C++string标准库中，无参构造并不是空间为0，直接置为空指针。而是开一个字节，并存放‘\0’。（C++中支持无参构造一个对象后，直接在后面插入数据，也从侧面说明了这点）
由于C++构造函数不管写不写都会走初始化列表的特性，所以这里博主也走初始化列表。
string中，_capacity和_size都不包含空指针，所以带参构造要多开一个空间，用来存储’\0’。

1.2 析构函数

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

1.3 拷贝构造

传统写法：

string(const string& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
	_size = s._size;
	_capacity = s._capacity;
}

现代写法：现代写法的核心在于：将拷贝数据的工作交给别人来做，最后将成果交换一样即可。

//交换
void swap(string& s)
{
	std::swap(_str, s._str);
	std::swap(_size, s._size);
	std::swap(_capacity, s._capacity);
}

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

tips：现代写法中，拷贝构造是数据需初始化为空。原因在于C++中，编译器对内置类型不会做处理（个别如vs2019等编译器会做处理的），这也就意味这_str是一个随机值，指向任意一块空间。调用析构函数时会报错。

1.4 赋值重载

赋值重载同样分为传统写法和现代写法。

传统写法：

string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		strcpy(tmp, s._str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_size = s._size;
		_capacity = s._capacity;
	}
	return *this;
}

现代写法：

//现代写法
//法一
/*string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		string tmp(s._str);
		swap(tmp);
	}
	return *this;
}*/

//法二
string& operator=(string tmp)
{
	swap(tmp);
	return *this;
}

二、迭代器和范围for

在C++中，范围for在底层是通过迭代器来实现的。所以只要实现了迭代器，就支持范围for。
而迭代器类似于指针，迭代器可以被看作是指针的一种泛化，它提供了类似指针的功能，可以进行解引用操作、指针运算等。

以下提供了const迭代器和非const迭代器：

typedef char* iterator;
const typedef 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;
	}

三、元素相关：operator[ ]

这里我们和库中一样，提供以下两个版本

//可读可写
char operator[](size_t pos)
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}
//只读
const char operator[](size_t pos)const
{
	assert(pos < _size);
	return _str[pos];
}

四、容量相关：size、resize、capacity、reserve

4.1 size、capacity

size_t size()const
{
	return _size;
}
size_t capacity()const
{
	return _capacity;
}

4.2 reserve

在C++中，我们一般不缩容。

所以实现reserve时（容量调整到n），首先判断目标容量n是否大于当前容量。如果小于就不做处理，否则先开辟n+1个内存空间（多出来的一个用于存储‘\0’），然后将原有数据拷贝到新空间（strcpy会将’\0’一并拷贝过去）。然后释放就空间，并让_str指向新空间，同时更新_capacity。

void reserve(size_t n)
{
	if (n > _capacity)
	{
		char* tmp = new char[n + 1];
		strcpy(tmp, _str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_capacity = n;
	}
}

4.3 resize

resize到目标大小分为以下3中情况：

当n<_size时，只需将下标为n的地址处的数据改为’\0’。
其他情况，我们直接统一处理。直接复用reserve()函数将_capacity扩到n。然后用将[_size, n)中的数据全部初始化为ch。（这里博主给ch一个初始值’\0’，但ch不一定为’\0’，所以要将下标为n处的地址初始化为’\0’）

void resize(size_t n, char ch='\0')
{
	if (n <= _size)
	{
		_str[n] = '\0';
		_size = n;
	}
	else
	{
		reserve(n);
		while (_size < n)
		{
			_str[_size] = ch;
			_size++;
		}
		_str[_size] = '\0';
	}
}

五、数据相关：push_bach、append、operator+=、insert、erase

5.1 尾插：push_back

尾插首先检查扩容，在插入数据

void push_back(char ch)
{
	//扩容
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	//插入数据
	_str[_size] = ch;
	_size++;
	_str[_size] = '\0';

}

5.2 append尾部插入字符串

void append(const char* str)
{
	size_t len = strlen(str);
	if (_size + len > _capacity)//扩容
	{
		reserve(_size + len);
	}
	strcpy(_str + _size, str);
	_size += len;
}

5.3 operator+=()字符、字符串

operator+=()字符、字符串可以直接复用push_back和append。

string& operator+=(char ch)
{
	push_back(ch);
	return *this;
}

string& operator+=(const char* str)
{
	append(str);
	return *this;
}

5.4 insert插入字符、字符串

5.4.1 insert插入字符

（在这提醒下，博主是所有的拷贝数据都是从’\0’开始，这样就不需要单独对’\0’做处理）

insert插入字符逻辑上还是很简单的。

首先判断插入字符时是否需要扩容。然后从下标为pos开始，所有数据依次往后挪动。最后将待插入字符给到pos处即可。

初学者最容易范的一个错误

但对于初学者来说，貌似也不太轻松。。。。。。

下面给出各位初学者容易犯的错误：

void insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	//扩容
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	//挪动数据
	size_t end = _size;
	while (end >= pos)
	{
		_str[end+1] = _str[end];
		end--;
	}
	_str[pos] = ch;
	_size++
}

这样对吗？答案是错误的。

假设是在头插字符，end理论上和pos(即0)比较完后就减到-1，在下一次循环条件比较时失败，退出循环。
遗憾的是end是size_t类型，始终>=0, 会导致死循环。

博主在这给出两种解决方法：

将pos强转为整型。

void insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	//扩容
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	//挪动数据
	int end = _size;
	while (end >= (int)pos)
	{
		_str[end+1] = _str[end];
		end--;
	}
	_str[pos] = ch;
	_size++
}

2.从end从最后数据的后一位开始，每次将前一个数据移到当前位置。最后条件判断就转化为end>pos，不会出现死循环这种情况。

void insert(size_t pos, char ch)
{
	assert(pos <= _size);
	//扩容
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	//挪动数据
	size_t end = _size+1;
	while (end > pos)
	{
		_str[end] = _str[end-1];
		end--;
	}
	//插入数据，更新_size
	_str[pos] = ch;
	_size++;
}

5.4.2 insert插入字符串

insert同样存在相同问题，并且思路一样。博主就直接给出代码了。

法一：

void insert(size_t pos, const char* str)
{
	int len = strlen(str);
	if (_size + len > _capacity)
	{
		reserve(_size + len);
	}

	int end = _size;
	while (end >= (int)pos)
	{
		_str[end + len] = _str[end];
		end--;
	}
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
}

法二：

void insert(size_t pos, const char* str)
{
	int len = strlen(str);
	if (_size + len > _capacity)
	{
		reserve(_size + len);
	}
	
	size_t end = _size+1;
	while (end > pos)
	{
		_str[end + len-1] = _str[end-1];
		end--;
	}
	strncpy(_str + pos, str, len);
	_size += len;
}

5.5 erase

erase分两种情况：

从pos开始，要删的数据个数超过的字符串，即将pos后序所有数据全部情况。（直接将pos处数据置为’\0’即可）
从pos开始，要删的数据个数没有超出的字符串。所以只需要从pos+len位置后的所有数据向前移动从pos位置覆盖原数据即可。

void erase(size_t pos, size_t len = npos)
{
	if (len==npos || pos + len >= _size)
	{
		//有多少，删多少
		_str[pos] = '\0';
		_size = pos;
	}
	else
	{
		size_t begin = pos + len;
		while (begin <= _size)
		{
			_str[begin - len] = _str[begin];
			begin++;
		}
		_size -= len;
	}
}

六、关系操作符重载：< 、 ==、 <=、 >、>=、!=

bool operator<(const string& s) const
{
	return strcmp(_str, s._str) < 0;
}

bool operator==(const string& s) const
{
	return strcmp(_str, s._str) == 0;
}

bool operator<=(const string& s) const
{
	return *this < s || *this == s;
}

bool operator>(const string& s) const
{
	return !(*this <= s);
}

bool operator>=(const string& s) const
{
	return !(*this < s);
}

bool operator!=(const string& s) const
{
	return !(*this == s);
}

七、find查找字符、字符串、substr

7.1 find查找字符

size_t find(char ch, size_t pos = 0)
{
	for (size_t i = pos; i < _size; i++)
	{
		if (_str[i] == ch)
		{
			return i;
		}
	}

	return npos;
}

7.2 find查找字符串

size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
{
	const char* p = strstr(_str + pos, sub);
	if (p)
	{
		return p - _str;
	}
	else
	{
		return npos;
	}
}

7.3 strsub( ) 模拟实现

strsub目标长度可能越界string，也可能还有没有。但不管是那种情况，最后都需要拷贝数据。所以这里我们可以先将len真实长度计算出来，在拷贝数据。

string substr(size_t pos, size_t len = npos)const
{
	string s;
	size_t end = pos + len;
	//目标字符越界string,更新len
	if (len == npos || end >= _size)
	{
		len = _size - pos;
		end = _size;
	}
	
	//拷贝数据
	s.reserve(len);
	for (size_t i = pos; i < end; i++)
	{
		s += _str[i];
	}

	return s;
}

八、流插入和流提取（<<、>>）(实现在string类外)

8.1 流插入<<

由于前面我们实现了迭代器，所以最简单的方式就是范围for

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
{
	/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
	{
		out << s[i];
	}*/
	for (auto ch : s)
		out << ch;

	return out;
}

8.1 流提取>>

流提取比较特殊。在流提取前需要将原有数据全部清空。同时由于>>无法获取空字符和换行符()(都是作为多个值之间的间隔)，直接流提取到ostream对象中，没法结束。（类似于C语言中scanf, 换行符和空字符仅仅只是起到判断结束的作用，但scanf无法获取到它们）
所以这里博主直接调用istream对象中的get()函数。（类似于C语言中的getchar()函数）
get详细文档

class string
{
	void clear()
	{
		_str[0] = '\0';
		_size = 0;
	}
private:
	char* _str;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch;
		//in >> ch;
		ch = in.get();

		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			s += ch;
			//in >> ch;
			ch = in.get();
		}
		return in;
	}

上面这种方法虽然可以达到目的。但还有一个问题，每次插入数据都面临可扩容问题。那如何优化呢？

优化

其中一种办法就是调用reserve()提前开好空间，但这样面临这另一个问题：开大了浪费空间；开小了，同样面临这扩容的问题。
所以在这博主采用和vs底层实现的思路：首先开好一段数组（包含’\0’，以16为例）。当数据个数小于16时，字符串存在数组中；当数据个数大于等于16时，将数据存在_str指向的空间。
这是一种以空间换时间的思路，同时也能很好的减少内存碎片的问题。

class string
{
	void clear()
	{
		_str[0] = '\0';
		_size = 0;
	}
private:
	char* _str;
	size_t _capacity;
	size_t _size;
};

istream& operator>>(istream& in, string& s)
{
	s.clear();

	char buff[16];
	size_t i = 0;

	char ch;
	ch = in.get();
	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	{
		buff[i++] = ch;
		if (i == 16)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
			i = 0;
		}
	ch = in.get();
	}

	if (i != 0)
	{
		buff[i] = '\0';
		s += buff;
	}
	return in;
}

九、所有代码

namespace achieveString
{
	class string
	{
	public:
	typedef char* iterator;
	const typedef 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;
	}

		//构造函数
		/*string()
			:_str(new char[1]{'\0'})
			,_capacity(0)
			,_size(0)
		{ }*/
		string(const char* str = "")
			:_capacity(strlen(str))
			, _size(_capacity)
		{
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, str);
		}

		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

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

		//拷贝构造
		/*string(const string& s)
		{
			_str = new char[s._capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
			_size = s._size;
			_capacity = s._capacity;
		}*/

		//交换
		void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}

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

		// 赋值重载
		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
			return *this;
		}*/
		//现代写法
		//法一
		/*string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)
			{
				string tmp(s._str);
				swap(tmp);
			}
			return *this;
		}*/
		//法二
		string& operator=(string tmp)
		{
			swap(tmp);
			return *this;
		}

		//可读可写
		char operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}
		//只读
		const char operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		size_t size()const
		{
			return _size;
		}
		size_t capacity()const
		{
			return _capacity;
		}

		bool empty()const
		{
			return _size == 0;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > _capacity)
			{
				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)
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_size < n)
				{
					_str[_size] = ch;
					_size++;
				}
				_str[_size] = '\0';
			}
		}

		void push_back(char ch)
		{
			//扩容
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			//插入数据
			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';
		
		}

		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+=(char ch)
		{
			push_back(ch);
			return *this;
		}

		string& operator+=(const char* str)
		{
			append(str);
			return *this;
		}
		
		void insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);
			//扩容
			if (_size == _capacity)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			//挪动数据
			size_t end = _size+1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end-1];
				end--;
			}
			//插入数据，更新_size
			_str[pos] = ch;
			_size++;
		}
		void insert(size_t pos, const char* str)
		{
			int len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			//法一
			/*int end = _size;
			while (end >= (int)pos)
			{
				_str[end + len] = _str[end];
				end--;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;*/

			//法二
			size_t end = _size+1;
			while (end > pos)
			{
				_str[end + len-1] = _str[end-1];
				end--;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;
		}

		void erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			if (len==npos || pos + len >= _size)
			{
				//有多少，删多少
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				size_t begin = pos + len;
				while (begin <= _size)
				{
					_str[begin - len] = _str[begin];
					begin++;
				}
				_size -= len;
			}
		}
		bool operator<(const string& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str) < 0;
		}

		bool operator==(const string& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}

		bool operator<=(const string& s)const
		{
			return *this == s && *this < s;
		}

		bool operator>(const string& s)const
		{
			return !(*this <= s);
		}

		bool operator>=(const string& s)const
		{
			return !(*this < s);
		}

		bool operator!=(const string& s)const
		{
			return !(*this == s);
		}

		size_t find(char ch, size_t pos = 0)
		{
			for (size_t i = pos; i < _size; i++)
			{
				if (_str[i] == ch)
					return i;
			}
			return npos;
		}

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)
		{
			const char* p = strstr(_str + pos, sub);
			if (p)
			{
				return p - _str;
			}
			else
			{
				return npos;
			}
		}

		string substr(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			string s;
			size_t end = pos + len;
			if (len == npos || end >= _size)
			{
				len = _size - pos;
				end = _size;
			}
			
			s.reserve(len);
			for (size_t i = pos; i < end; i++)
			{
				s += _str[i];
			}

			return s;
		}
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _capacity;
		size_t _size;

		//const static size_t npos = -1;  // C++支持const整型静态变量在声明时给值初始化，但不建议
		//const static double npos = 1.1;  // 不支持

		const static size_t npos;
	};
	const size_t string::npos = -1;

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		/*for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)
		{
			out << s[i];
		}*/
		for (auto ch : s)
			out << ch;

		return out;
	}

	//istream& operator>>(istream& in, string& s)
	//{
	//	s.clear();
	//	char ch;
	//	//in >> ch;
	//	ch = in.get();

	//	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	//	{
	//		s += ch;
	//		//in >> ch;
	//		ch = in.get();
	//	}
	//	return in;
	//}

	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();

		char buff[16];
		size_t i = 0;

		char ch;
		ch = in.get();
		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 16)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}

		if (i != 0)
		{
			buff[i] = '\0';
			s += buff;
		}

		return in;
	}
}

总结

到此这篇关于C++中String增删查改模拟实现方法的文章就介绍到这了,更多相关C++ String增删查改内容请搜索脚本之家以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持脚本之家！