【C++进阶】深入STL之string：模拟实现走进C++字符串的世界

2024-06-04 1848阅读

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❀STL之string

📒1. string类的成员变量
📒2. string的构造函数
- 🎈无参的构造函数
- 🎩带参的构造函数
- 📒3. string的析构函数
- 📒4. string的拷贝构造函数
- - 🔥 浅拷贝
  - 💧 深拷贝
  - 📒5. string类的运算符重载
  - 📒6. string容量相关函数
  - 📒7. string常用函数模拟
  - - ⭐查找
    - ⭐ 添加
    - 📒8. 总结
      前言：在C++中，string是一个极其重要且常用的类，它为我们提供了丰富的字符串操作功能。然而，了解其背后的实现原理，不仅可以帮助我们更好地使用它，还能让我们对C++的内存管理、模板编程等有更深入的理解。本文将带你走进C++字符串的世界，通过模拟实现一个简单的string类，来探索其内部机制
      
      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. string类的成员变量
      
      首先我们要先搞清楚string的成员变量，我们清楚string类在底层实际上就是一个字符指针，在模拟实现string之前，我们创建一个属于自己的命名空间来与库里面的区分
```
namespace pxt
{
	class string
	{
	public:
		const char* c_str() const // 为了能更好的实现，我们提前实现以下c.str
		{
			return _str;
		}
	private:
		// 成员变量
		char* _str; // 指向一段空间的指针
		size_t _size; // 有效字符串长度
		size_t _capacity; // 空间总大小
	};
}
```
      📒2. string的构造函数
      
      🎈无参的构造函数
```
string()
	:_str(new char[1]{ '🎩带参的构造函数' })
	,_size(0)
	, _capacity(0)
{}
```
      注意：在调用无参的构造函数时，库里面并不只是开了空间，它还干了其他事情，所以我们在自己模拟现实时，一定不能用nullptr去初始化，否则就会出错，因此我们放一个'\0'进去！
      
      std::string无参构造：
```
string(const char* str = "")
	:_size(strlen(str))
	, _capacity(_size)
{
	_str = new char[_capacity + 1];
	strcpy(_str, str);
}
```
      📒3. string的析构函数
      
      在带参的构造函数因为常量字符串最后自带了一个'\0'，因此我们什么都不用带
```
~string()
{
	delete[] _str;
	_str = nullptr;
	_size = _capacity = 0;
}
```
      📒4. string的拷贝构造函数
      
      string的析构函数非常简单，只需要将空间用delete释放，并且将各个指针置为空，将空间大小变为0
      
      🔥 浅拷贝
```
// 拷贝构造
string(const char* str = "")
{
	if (nullptr == str)
	{
 		return;
 	}
 	_str = new char[strlen(str) + 1];
 	strcpy(_str, str);
}
// 测试
void test_string()
{
 	string s1("hello world");
 	string s2(s1);
}
```
      首先我们来看一段拷贝构造的模拟实现：
      
      💧 深拷贝
      
      
      
      为什么会引发异常呢？
      
      我们发现s1和s2都指向都一块空间，在释放时同一块空间是不可以被释放多次的，从而引起了崩溃，而这就是浅拷贝！
      
      浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。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，
      
      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
```
// 我们用s作为s1的别名
string(const string& s)
{
	_str = new char[s._capacity + 1];
	strcpy(_str, s._str);
}
```
      📒5. string类的运算符重载
      
      
      
      深拷贝：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享
      
      注意：关于浅拷贝一定要引起重视！
```
// 传统写法
string& operator=(const string& s)
{
	if (this != &s)
	{
		char* tmp = new char[s._capacity + 1]; // 存放'⭐ 添加'
		strcpy(tmp, s._str);
		delete[] _str;
		_str = tmp;
		_size = s.size();
		_capacity = s.capacity();
	}
	return *this;
}
// 现代写法
string& operator=(string s)
{
	swap(_str, s._str); // swap库中存在，可以直接使用
	return *this;
}
```
      operator=
      在operator=上，我们有两种写法
```
// 尾插单个字符
void push_back(char ch)
{
	if (_size == _capacity)
	{
		reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
	}
	_str[_size] = ch;
	++_size;
	_str[_size] = '📒8. 总结';
}
// 插入字符串
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;
}
```
      传统写法
      - 传统写法函数的运用引用传参，通过创建中间变量，并开辟空间然后将参数拷贝进中间变量，再把这个中间变量的地址传给this，从而实现了operator=的功能
        现代写法
        
        现代写法使用了库中的swap函数，从而让函数达到一个简洁的目的，该函数的参数是一个临时拷贝变量，深拷贝后，通过swap交换即可
        operator return strcmp(_str, s._str)
        
        因为在添加中+=既可以添加字符也可以添加字符串，往往在日常中的使用频率是最高的，所以推荐大家使用+=来代替push_back和append
        
        经过对STL中string的深入探索与模拟实现，我们仿佛揭开了一个隐藏在C++深处的奇妙世界。这个旅程不仅让我们对string这一基础数据类型有了更为深刻的理解，也让我们领略了STL背后的设计理念与精巧实现，让我们携手共进，共同走进C++字符串的奇妙世界！
        
        谢谢大家支持本篇到这里就结束了，祝大家天天开心！