⚪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。C++ STL 中的 string 是对字符串进行管理的类。实际上就是一个管理字符数组的顺序表。
在常规工作中,为了简单、方便、快捷,基本都会选择二使用 string 类,很少有人去使用 C 语言库中的字符串操作函数。
一、 标准库中的 string 类
1、string 类(了解)
https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string
- 字符串是表示字符序列的类。
- 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(关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/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。
【总结】
- 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。
- string 在底层实际是:basic_string 模板类的别名
typedef basic_string<char, char_traits, allocator> string;
- 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;
⚪补充 -- 编码(了解)
(1)ASCII
ASCII (American Standard Code for Information Interchange):美国信息交换标准代码是基于拉丁字母的一套电脑编码系统。ASCII 到目前为止共定义了 128 个字符。
在计算机中,所有的数据在存储和运算时都要使用二进制数表示。例如,像 a、b、c、d 这样的 52 个字母(包括大写)以及 0、1 等数字还有一些常用的符号(例如 *、#、@ 等)在计算机中存储时也要使用二进制数来表示,而具体用哪些二进制数字表示哪个符号,当然每个人都可以约定自己的一套(这就叫编码)。
ASCII 码使用指定的 7 位或 8 位二进制数组合来表示 128 或 256 种可能的字符。标准 ASCII 码也叫基础 ASCII 码,使用 7 位二进制数(剩下的 1 位二进制为 0)来表示所有的大写和小写字母,数字 0 到 9、标点符号,以及在美式英语中使用的特殊控制字符。
常见 ASCII 码的大小规则:数字 < 大写字母 < 小写字母。
(2)UTF-8
UTF-8(8 位元,Universal Character Set/Unicode Transformation Format)是针对 Unicode 的一种可变长度字符编码。它可以用来表示 Unicode 标准中的任何字符,而且其编码中的第一个字节仍与 ASCII 相容,使得原来处理 ASCII 字符的软件无须或只进行少部分修改后,便可继续使用。
Unicode 的编码方式有三种:UTF-8、UTF-16、UTF-32( UTF 后的数字代表编码的最小单位,如UTF-8 表示最小单位 1 字节)。由于 UTF-8 与字节序无关(无需 BOM ),同时兼容 ASCII 编码,使得 UTF-8 编码成为现今互联网信息编码标准而被广泛使用。
2、string 类的常用接口说明(常用接口介绍)
(1)string 类对象的常见构造
https://cplusplus.com/reference/string/string/?kw=string
string(); // 默认构造
string (const char* s); // 用c-string来构造string类对象
string (size_t n, char c); // 用n个字符c来构造string对象
string (const string& s); // 拷贝构造(用已有的string类对象去构造string类对象)
===========================================================================================
string (const char* s, size_t n); // 用c-string前n个字符来构造string类对象
template <class InputIterator> // 用迭代器[first,last)范围内的字符序列构造string类对象
string (InputIterator first, InputIterator last);
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
int main()
{
string s0 ("Initial string");
string s1; // s1: ""
string s2 (s0); // s2: Initial string
string s4 ("A character sequence"); // s4: A character sequence
string s5 ("Another character sequence", 12); // s5: Another char
string s6 (10, 'x'); // s6: xxxxxxxxxx
string s7 (s0.begin(), s0.begin() + 7); // s7: Initial
return 0;
}
空串是什么都没有吗,存储空间为空吗?
(2)string 类对象的容量操作
string 容量相关方法使用代码演示:
#include <iostream>
#include <string>
using namespace std;
// 测试string容量相关的接口:size/length/capacity/clear/resize
void Tests1()
{
string s("hello world!");
cout << s.size() << endl; //12
cout << s.length() << endl; //12
cout << s.capacity() << endl; //15
cout << s << endl; //hello world!
// 将s中的字符串清空,注意清空时只是将size清0,不改变capacity的大小
s.clear();
cout << s.size() << endl; //0
cout << s.capacity() << endl; //15
// 将s中有效字符个数增加到10个,多出的位置用'a'进行填充
// “aaaaaaaaaa”
s.resize(10, 'a');
cout << s.size() << endl; //10
cout << s.capacity() << endl; //15
// 将s中有效字符个数增加到20个,多出位置用缺省值'\0'进行填充
// 如果resize参数大于原有 capacity 大小,会进行增容
// "aaaaaaaaaa\0\0\0\0\0\0\0\0\0\0"
// 注意此时s中有效字符个数已经增加到20个
s.resize(15);
cout << s.size() << endl; //20
cout << s.capacity() << endl; //31
cout << s << endl; //aaaaaaaaaa
// 将s中有效字符个数缩小到5个
s.resize(5);
cout << s.size() << endl; //5
cout << s.capacity() << endl; //31
cout << s << endl; //aaaaa
}
void Tests2()
{
// 测试string容量相关的接口:size/capacity/reserve
string s("Hello abcdefghi");
// 如果reserve参数大于原有capacity大小,会进行增容
s.reserve(20);
cout << s.size() << endl; //15
cout << s.capacity() << endl; //31
// reserve参数小于string的底层空间大小时,不会将空间缩小
// 在VS2019下,如果size大于参数10,不会缩小。
// 如果字符串长度小于参数10,会缩小。当然,这个也和编译器平台有关系
s.reserve(10);
cout << s.size() << endl; //15
cout << s.capacity() << endl; //31
}
利用 reserve 提高插入数据的效率,避免增容带来的开销。
如果 n 大于当前字符串容量,则该函数使容器将其容量增加到 n 个字符 / 更大。
在所有其他情况下,缩小字符串容量被视为非绑定请求:容器可以自由实现优化,但要保留容量大于 n 的字符串。
此函数对字符串长度没有影响,并且不能更改其内容。
reserve 是如何进行增容呢?
void TestPushBack()
{
string s;
size_t sz = s.capacity();
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
而在 Linux g++ 下是 2 倍增容。
构建 vector 时,如果提前已经知道 string 中大概要放多少个元素,可以提前将 string 中空间设置好。
void TestPushBackReserve()
{
string s;
s.reserve(100);
size_t sz = s.capacity();
cout << "making s grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
s.push_back('c');
if (sz != s.capacity())
{
sz = s.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
resize 和 reserve 的意义在哪里呢?
- reserve 的作用:如果知道需要多大的空间,可以利用 reserve 提前一次性把空间开好,避免增容带来的开销。
- resize 的作用:既要开好空间,还要对这些空间初始化,就可以使用 resize。
void Tests3()
{
string s1("hello World");
const string s2("Hello World");
cout << s1 << " " << s2 << endl;
cout << s1[0] << " " << s2[0] << endl;
s1[0] = 'H';
cout << s1 << endl;
// s2[0] = 'h'; //编译失败,因为const类型对象不能修改
}
【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(capacity)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小,如果是将元素个数减少,底层空间总大小不变。
- 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。
(3)string 类对象的访问及遍历操作
cplusplus.com/reference/string/string/operator[]/
string 中元素访问及遍历代码演示:
string 的遍历:
- for+operator[]
- 迭代器
- 范围 for
注意:string 遍历时使用最多的还是 for+ 下标 / 范围 for(C++11 后才支持)。
begin() + end() 大多数使用在需要使用 STL 提供的算法操作 string 时,比如:采用 reverse 逆置 string。需要注意的以上三种方式除了遍历 string 对象,还可以遍历是修改 string 中的字符。另外这三种方式对于 string 而言,第一种使用最多。
// const对象必须要用const迭代器
void test(const std::string& s)
{
string::const_iterator it = s.begin();
while (it != s.end())
{
cout << *it;
it++;
}
}
void Tests4()
{
string s("hello World");
// 1、for+operator[]
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
cout << s[i] << " ";
}
cout << endl;
// 2、迭代器(正向)
string::iterator it = s.begin();
// 注意:这里不建议写成it<s.end(),比如链式结构的容器,就没法使用了
while (it != s.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 2、迭代器(反向)
// string::reverse_iterator rit = s.rbegin();
// C++11之后,直接使用auto定义迭代器,让编译器推到迭代器的类型
auto rit = s.rbegin(); // 创建一个反向迭代器rit,指向字符串s的最后一个字符
while (rit != s.rend()) // 当反向迭代器不等于s的逆向结束迭代器时
{
cout << *rit << " ";
++rit; // 将迭代器向前移动一位
}
cout << endl;
// 3、范围for(支持迭代器的容器就支持范围for)
for (auto ch : s)
{
cout << ch << " ";
}
cout << endl;
}
注意:operator[] 函数会检查越界(pos 必须 < size)
(4)string 类对象的修改操作
尽量不要用 insert() 和 erase(),因为要挪动字符,时间效率低。
- push_back 将一个字符附加到字符串的末尾(尾插)
- swap 交换两个字符串的内容(注意:还存在一个具有相同名称的非成员函数 swap)
void Tests5()
{
string s;
s.push_back(' '); // 在s后插入空格
s.append("hello"); // 在s后追加一个字符串"hello"
s += 'w'; // 在s后追加一个字符'w'
s += "orld"; // 在s后追加一个字符串"orld"
cout << s << endl; // helloworld
cout << s.c_str() << endl; // 以C语言的方式打印字符串 helloworld
// 获取file的后缀
string file("string.cpp");
size_t pos = file.rfind('.');
string suffix(file.substr(pos, file.size() - pos));
cout << suffix << endl; //.cpp
// 取出url中的域名
string url("http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/");
cout << url << endl; //http://www.cplusplus.com/reference/string/string/find/
size_t start = url.find("://");
if (start == string::npos)
{
cout << "invalid url" << endl;
return;
}
start += 3;
size_t finish = url.find('/', start);
string address = url.substr(start, finish - start);
cout << address << endl; //www.cplusplus.com
// 删除url的协议前缀
pos = url.find("://");
url.erase(0, pos + 3);
cout << url << endl; //www.cplusplus.com/reference/string/string/find/
}
注意 :
- 在 string 尾部追加字符时,s.push_back(c) / s.append(1, c) / s += 'c' 三种的实现方式都差不多,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。operator+=,是在当前字符串末尾追加字符串(追加 string / char* / char 类型的都可以)。
- 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。
npos 在 string 里面是一个静态成员变量。(static const size_t npos = -1;)
(5)string 类非成员函数重载
- relational operators:关系运算符,进行大小比较
- std::swap:交换两个字符串的值
- 注意:getline:直到遇到换行符 ‘\n’ 才会结束。
string s; getline(cin, s);
(6) 补充接口
C 语言库文件 <ctype.h> 中的处理 C 字符的接口。
【字符处理函数】
- int isalpha(int c):如果 c 是一个字母,则该函数返回非零值,否则返回 0。
- int isdigit(int c):如果 c 是一个数字,则该函数返回非零值,否则返回 0。
【字符转换函数】
- int tolower(int c):如果 c 有相对应的小写字母,则该函数返回 c 的小写字母,否则 c 保持不变。返回值是一个可被隐式转换为 char 类型的 int 值。
- int toupper(int c):如果 c 有相对应的大写字母,则该函数返回 c 的大写字母,否则 c 保持不变。返回值是一个可被隐式转换为 char 类型的 int 值。
头文件 <string> 中:
- 函数 std::to_string(C++11):将数值转换为字符串,返回 string 类对象。cplusplus.com/reference/string/to_string/
- 函数 std::stoi(C++11):将字符串转换为整数,返回 int 整数。cplusplus.com/reference/string/stoi/
头文件 <algorithm> 中:
- 函数 std::reverse:反转范围 [first,last) 中元素的顺序。
- 函数 std::sort:将 [first,last) 范围内的元素按升序排序。(传一段迭代器区间 [first, last),默认排升序,若要排降序,需要传仿函数)
(7)VS 和 G++ 下 string 结构的说明
注意 :下述结构是在 32 位平台下进行验证,32 位平台下指针占 4 个字节。
⚪VS 下 string 的结构
string 总共占 28 个字节,内部结构稍微复杂一点,先是有一个联合体,联合体用来定义 string 中字 符串的存储空间:
- 当字符串长度小于 16 时,使用内部固定的字符数组来存放。
- 当字符串长度大于等于 16 时,从堆上开辟空间。
union _Bxty
{ // storage for small buffer or pointer to larger one
value_type _Buf[_BUF_SIZE];
pointer _Ptr;
char _Alias[_BUF_SIZE]; // to permit aliasing
} _Bx;
这个联合体的目的是为了在存储较小的数据时使用数组,而在存储较大的数据时使用指针。通过使用联合体,可以在相同的内存空间中灵活地存储不同类型的数据。
注意:联合体的成员变量共享同一块内存空间,因此在使用时需要确保对应的成员变量是有效的。
⚪G++ 下 string 的结构
G++ 下,string 是通过写时拷贝实现的,string 对象总共占 4 个字节,内部只包含了一个指针,该指针将来指向一块堆空间,内部包含了如下字段:
- 空间总大小
- 字符串有效长度
- 引用计数
struct _Rep_base
{
size_type _M_length;
size_type _M_capacity;
_Atomic_word _M_refcount;
};
- 指向堆空间的指针,用来存储字符串。
二、string类的模拟实现
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。
1、浅拷贝
浅拷贝 :也称位拷贝,编译器只是将 对象中的数据 按字节序拷贝过来。 如果对象中管理资源,最后就会导致多个对象共享同一份资源,当一个对象销毁时就会将该资源释放掉,而此时另一些对象不知道该资源已经被释放,以为 还有效,所以当继续对资源进项操作时,就会发生发生了访问违规。
// 为了和标准库区分,此处使用String
class String
{
public:
// 构造函数
String(const char* pStr = "")
{
// 构造String类对象时,如果传递nullptr指针,可以认为程序非法
if (nullptr == pStr)
{
assert(false);
return;
}
_pStr = new char[strlen(pStr) + 1];
strcpy(_pStr, pStr);
}
// 析构函数
~String()
{
if (_pStr)
{
delete[] _pStr;
_pStr = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
void test()
{
string s1("hello"); // 用一个常量字符串去构造string类对象s1
string s2(s1); // s2调用编译器默认生成的拷贝构造函数
}
说明:上述 String 类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载,此时编译器会合成默认的,当用 s1 构造 s2 时,编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是,s1、s2 共用同一块内存空间,在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃,这种拷贝方式,称为浅拷贝。
这里必须是深拷贝,编译器默认生成的拷贝构造函数是浅拷贝,会导致两个 string 对象中的字符指针 _str 指向的是同一个字符数组。(因为浅拷贝只拷贝了 _str 数组指针的 4 个字节的内容)。
所以在上述类中必须要显式定义拷贝构造函数,否则编译器默认生成的拷贝构造函数无法正常完成拷贝。那么我们可以 采用深拷贝解决浅拷贝问题 ,即:每个对象都有一份独立的资源,不要和其他对象共享。
浅拷贝引发的问题:
- 同一块空间会被析构多次。
- 一个对象修改会影响另外一个对象。
2、深拷贝
如果一个类中涉及到资源的管理,其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情况都是按照深拷贝方式提供。深拷贝:给每个对象独立分配资源,保证多个对象之间不会因为共享资源问题而造成多次释放资源,导致程序崩溃。
(1)传统版写法的 String 类(拷贝构造&赋值运算符重载)
class String
{
public:
String(const char* str = "")
{
// 构造String类对象时,如果传递nullptr指针,可以认为程序非法
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 拷贝构造
String(const String& s) // 保护形参不被改变,加引用防止无穷递归
: _str(new char[strlen(s._str) + 1]) // 给新对象申请一段和原对象一样大小的空间
{
strcpy(_str, s._str); // 把原对象的数据一一拷贝给新对象
}
// 赋值运算符重载构造
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s) // 防止自己给自己赋值
{
char* pStr = new char[strlen(s._str) + 1]; // 重新开辟一块和s一样大小的空间
delete[] _str; // 释放自己的空间
_str = pStr;
strcpy(pStr, s._str); // 把s的数据拷贝过来
}
return *this;
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
如果 new 开辟空间失败了怎么办?
所以我们先开辟空间,如果开辟空间没有失败,再去释放自己的空间。
(2)现代版写法的String类(拷贝构造&赋值运算符重载)
传统写法和现代写法的区别:
- 传统写法:想要做深拷贝,都是自己去做,自己去开辟空间,自己去拷贝想要的内容。
- 现代写法:想要做深拷贝,不是自己去做,而是去构造一个的新的临时对象,临时对象中的内容就是自己想要的内容,然后将临时对象与当前对象的成员变量分别进行交换,这样当前的对象就拿到了自己想要的内容,当函数调用结束后,临时对象出了作用域就会被自动析构。
拷贝构造函数的深拷贝(现代写法):
赋值运算符重载函数的深拷贝(现代写法):
class String
{
public:
String(const char* str = "")
{
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
// 拷贝构造函数
String(const String& s)
: _str(nullptr) // 当前对象是一个正在构造的对象,成员变量还未初始化,是一个随机值,所以先置空
{
String strTmp(s._str); // 拿s的内容,调用构造函数构造临时对象strTmp
swap(_str, strTmp._str); // 将临时对象strTmp和当前对象的成员变量_str进行交换
}
// 写法一(更好)
String& operator=(String s) //传值
{
// 传参时,调用拷贝构造函数,拷贝构造了一个string类对象s
// 将拷贝构造出来的string类对象s和当前对象的成员变量_str进行交换
swap(_str, s._str);
return *this; // 返回当前对象
}
// 写法二
//String& operator=(const String& s) // 传引用
//{
// if(this != &s) // 防止自己给自己赋值
// {
// String strTmp(s); // 拿s的内容,调用构造函数构造临时对象strTmp
// swap(_str, strTmp._str); // 将临时对象strTmp 和当前对象的成员变量_str进行交换
// }
// return *this;
//}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
赋值运算符重载函数的深拷贝中的方法二的缺点:需要进行额外的判断和创建临时对象,增加了代码的复杂度和开销。
(3)string 类的结构
string 是对字符串进行管理的类。实际上就是一个管理字符数组的顺序表。
#include <iostream>
#include <cstring>
#include <cassert>
using namespace std;
namespace xyl
{
class string
{
public:
// 迭代器
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin() { return _str; } // 返回指向第一个字符的迭代器
iterator end() { return _str + _size; } // 返回指向最后一个字符下一个字符的迭代器
const_iterator begin() const { return _str; } // 返回指向第一个字符的迭代器
const_iterator end() const { return _str + _size; } // 返回指向最后一个字符下一个字符的迭代器
// 默认成员函数:
string(const char* str = ""); // 默认构造函数
void swap(string& s); // 交换两个对象的内容
string(const string& s); // 拷贝构造函数(深拷贝)
string& operator=(string s); // 赋值运算符重载(深拷贝)
~string(); // 析构函数
// 访问元素([]运算符重载)
char& operator[](size_t pos); // 可读可写
const char& operator[](size_t pos) const; // 只读不能写
// 容量操作:
size_t size() const { return _size; } // 获取字符串有效元素个数
size_t capacity() const { return _capacity; } // 获取字符串容量(有效字符的最大容量)
void clear() { _str[0] = '\0'; _size = 0; } // 清空有效字符
void reserve(size_t n); // 更改容量(capacity)的大小
void resize(size_t n, char ch = '\0'); // 调整字符串有效字符的长度
// 修改操作:
string& insert(size_t pos, const char ch); // 在pos位置插入一个字符
string& insert(size_t pos, const char* str); // 在pos位置插入一个字符串
void push_back(const char ch); // 尾插一个字符
void append(const char* str); // 在当前字符串末尾追加一个字符串
string& operator+=(const char ch); // 当前字符串末尾追加一个字符
string& operator+=(const char* str); // 当前字符串末尾追加一个字符串
string& operator+=(const string& s); // 当前字符串末尾追加一个字符/字符串
string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos); // 删除从pos位置开始的len个字符
// String operations
size_t find(char ch, size_t pos = 0) const; // 从pos位置开始查找字符,若找到,则返回该字符的下标,若没找到,则返回npos
size_t find(const char* str, size_t pos = 0) const; // 从pos位置开始查找子串,若找到,则返回该子串首字符的下标,若没找到,则返回npos
char* c_str() const { return _str; } // 返回指向 C 格式字符串的数组的指针
private:
char* _str; // 指向字符数组
size_t _size; // 有效字符数
size_t _capacity; // 有效字符容量,不包含最后作标识的'\0'
static const size_t npos;
};
const size_t string::npos = -1;
};
(4)写时拷贝
写时拷贝 就是一种拖延症,是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。
推荐文章:
- 写时拷贝技术:C++ STL STRING的COPY-ON-WRITE技术-CSDN博客
- 写时拷贝在读取时的缺陷:C++的STD::STRING的“读时也拷贝”技术!-CSDN博客
(5)string类的模拟实现
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace xyl
{
class string
{
public:
typedef char* iterator;
public:
// 默认构造函数
string(const char* str = "") // 空串并不是什么都没有,第一个字符为'\0'
:_size(strlen(str))
,_capacity(_size)
{
_str = new char[_capacity + 1]; // +1是确保有足够的空间存储字符串,因为还需要额外的一个字节来存储'\0'
strcpy(_str, str); // 拷贝数据
}
// 拷贝构造函数(深拷贝)
// s2(s1)
string(const string& s)
:_str(nullptr) // 当前对象是一个正在构造的对象,成员变量还未初始化,是一个随机值,所以先置空
,_size(0)
,_capacity(0)
{
string tmp(s._str); // 拿s的内容,调用构造函数构造临时对象tmp
this->swap(tmp); // 将临时对象tmp和当前对象的成员变量分别进行交换
}
// 赋值运算符重载(深拷贝)
// s1 = s2
string& operator=(string s)
{
this->swap(s); // 将拷贝构造的对象s和当前对象的成员变量分别进行交换
return *this; // 返回当前对象
}
// 析构函数
~string()
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
// iterator
iterator begin()
{
return _str;
}
iterator end()
{
return _str + _size;
}
// modify
// 在pos位置上插入字符c,并返回该字符的位置
// 在pos位置插入一个字符
string& insert(size_t pos, const char ch)
{
assert(pos >= 0 && pos <= _size);
if (_size == _capacity) // 先检查是否需要扩容
{
// 防止是空串"",容量为0,扩容失败
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
reserve(newcapacity);
}
// 挪动字符
for (size_t i = _size + 1; i > pos; i--) // 注意
{
_str[i] = _str[i - 1];
}
_str[pos] = ch; // 插入字符
_size++; // 有效字符个数+1
return *this;
}
// 在pos位置插入一个字符串
string& insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(pos >= 0 && pos <= _size);
size_t len = strlen(str);
if (_size + len >= _capacity) // 先检查是否需要扩容
{
reserve(_size + len);
}
// 挪动字符
for (size_t i = _size + len; i >= pos + len; i--)
{
_str[i] = _str[i - len];
}
// 插入字符
for (size_t i = 0; i < len; i++)
{
_str[pos++] = str[i];
}
_size += len; // 更新有效字符个数
return *this;
}
void push_back(char c)
{
/ *if (_size >= _capacity) // 先检查是否需要扩容
{
// 防止是空串"",容量为0,扩容失败
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;
reserve(newcapacity); // 扩2倍容
}
_str[_size] = c; // 尾插字符
_size++; // 有效字符个数+1
_str[_size] = '\0'; // 补上字符串结束标志'\0' */
insert(_size, ch);
}
string& erase(size_t pos = 0, size_t len = npos)
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
// 1. 从pos位置开始,后面的字符删除完,这是一个O(1)的操作
if (len == npos || pos + len >= _size)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
// 2. 从pos位置开始,后面的字符删除一部分,这是一个O(n)的操作
else
{
strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
_size -= len;
}
return *this;
}
string& operator+=(const char c)
{
push_back(c);
return *this;
}
string& operator+=(const char* str)
{
append(str);
return *this;
}
string& operator+=(const string& s)
{
append(s._str);
return *this;
}
void append(const char* str)
{
/* size_t len = strlen(str);
if (_size + len > _capacity) // 先检查是否需要扩容
{
reserve(_size + len); // 扩容
}
strcpy(_str + _size, str); // 尾插字符串(strcpy会拷贝'\0',并在该点停止)
_size += len; // 有效字符个数+len */
insert(_size, str);
}
void clear()
{
_size = 0;
_str[_size] = '\0';
}
// s1.swap(s2);
void swap(string& s)
{
// 函数名冲突,指定去调用全局域里面的::swap
::swap(_str, s._str);
::swap(_size, s._size);
::swap(_capacity, s._capacity);
}
// capacity
size_t size()const
{
return _size;
}
size_t capacity()const
{
return _capacity;
}
bool empty()const
{
return 0 == _size;
}
// 调整字符串有效字符的长度
void resize(size_t n, char ch = '\0')
{
// 要调整的有效字符的长度小于原有_size大小
if (n < _size)
{
_size = n; // 更新有效字符个数
_str[_size] = '\0'; // 补上字符串结束标志'\0'
}
// 要调整的有效字符的长度大于原有_size大小
else if (n > _size)
{
// 要调整的有效字符的长度大于原有_capacity大小,先进行增容
if (n > _capacity) reserve(n);
// 多出的位置用字符ch(缺省值'\0')进行填充
for (size_t i = _size; i < n; i++)
{
_str[i] = ch;
}
_size = n; // 更新有效字符个数
_str[_size] = '\0'; // 补上字符串结束标志'\0'
}
}
// 更改容量(capacity)的大小
void reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity) // 如果新容量大于旧容量,则开辟空间
{
// 开辟新空间
char* tmp = new char[n + 1];
strcpy(tmp, _str); // 旧空间数据拷贝到新空间
// 释放旧空间,使用新空间
delete[] _str;
_str = tmp; // 指向新空间
_capacity = n; // 更新容量
}
}
// access
char& operator[](size_t index) // 用于访问字符串中指定位置的字符
{
assert(index < _size);
return _str[index];
}
// 普通版本和const版本
char& operator[](size_t pos) // 可读可写
{
assert(pos < _size);
return _str[pos]; // *(_str + pos)
}
const char& operator[](size_t pos) const // 只读不能写
{
assert(pos < _size);
return _str[pos]; // *(_str + pos)
}
// 比较两个对象的大小(按字符ascii码比较)
// s1 > s2
bool operator>(const string& s1, const string& s2)
{
// 指针 i 和 j 分别指向两个字符串的第一个字符
size_t i = 0, j = 0;
for (; i < s1.size() && j < s2.size(); i++, j++) // 同时遍历两个字符串
{
if (s1[i] != s2[j]) return s1[i] > s2[j];
}
if (i == s1.size() && j == s2.size()) return false; // 同时被遍历完,说明 s1 = s2
else if (i == s1.size()) return false; // s1先被遍历完,说明 s1 < s2
else if (j == s2.size()) return true; // s2先被遍历完,说明 s1 > s2
}
// s1 == s2
bool operator==(const string& s1, const string& s2)
{
// 指针 i 和 j 分别指向两个字符串的第一个字符
size_t i = 0, j = 0;
for (; i < s1.size() && j < s2.size(); i++, j++) // 同时遍历两个字符串
{
if (s1[i] != s2[j]) return false;
}
if (i == s1.size() && j == s2.size()) return true; // 同时被遍历完,说明 s1 = s2
else return false; // 有一个字符串没被遍历完
}
// 下面的关系运算符重载,全都可以复用上面的代码
// s1 != s2
bool operator!=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 == s2); }
// s1 >= s2
bool operator>=(const string& s1, const string& s2) { return s1 > s2 || s1 == s2; }
// s1 < s2
bool operator<(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 >= s2); }
// s1 <= s2
bool operator<=(const string& s1, const string& s2) { return !(s1 > s2); }
// 返回c在string中第一次出现的位置
size_t find(char c, size_t pos = 0) const
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
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
{
assert(pos >= 0 && pos < _size);
// 在原串中去匹配子串s
// 匹配成功,返回子串s首字符的地址
// 匹配失败,返回空指针
const char* p = strstr(_str + pos, s);
if (p) return p - _str; // 通过子串s首字符的地址,计算出首字符的下标
else return npos;
}
private:
friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const xyl::string& s);
friend istream& operator>>(istream& _cin, xyl::string& s);
private:
char* _str;
size_t _capacity;
size_t _size;
};
ostream& operator<<(ostream& _cout, const xyl::string& s)
{
// 不能使用cout, 因为string的字符串内部可能会包含\0
// 直接cout时, 是将_str当成char*打印的,遇到内部的\0时后序内容就不打印了
//cout << s._str;
for (size_t i = 0; i < s.size(); ++i)
{
_cout << s[i];
}
return _cout;
}
istream& operator>>(istream& _cin, string& s)
{
// 一个一个字符输入
// 遇到空格或者换行符终止输入
char c;
_cin >> c; // 从流中获取一个字符
while (c != ' ' && c != '\n')
{
s += c; // 把提取的字符追加到sting类对象s中去
_cin >> c; // 继续从流中获取下一个字符
}
return _cin;
}
}
int main()
{
xyl::string s1("hello");
s1.push_back(' ');
s1.push_back('w');
s1.push_back('o');
s1.push_back('r');
s1 += 'l';
s1 += 'd';
cout << s1 << endl; //hello world
cout << s1.size() << endl; //11
cout << s1.capacity() << endl; //20
// 利用迭代器打印string中的元素
xyl::string::iterator it = s1.begin();
while (it != s1.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl;
// 这里可以看到一个类只要支持的基本的iterator,就支持范围for
for (auto ch : s1)
{
cout << ch;
}
cout << endl;
return 0;
}