【C++】String模拟实现及其应用
创始人
2025-05-31 22:56:08

文章目录

  • string的基本了解
  • string类常用接口
      • string类对象的常见构造
      • string类对象的容量操作(常用)
      • string类对象的访问及遍历操作
      • string类对象的修改操作
      • string类非成员函数

string的基本了解

  1. 字符串是表示字符序列的类
  2. 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。
  3. 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)。
  4. 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)。
  5. 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。

总结

  1. string是表示字符串的字符串类
  2. 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。
  3. string在底层实际是:basic_string模板类的别名,typedef basic_string
    string;
  4. 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;

string类常用接口

string类对象的常见构造

(constructor)函数名称功能说明
string()构造空的string类对象,即空字符串
string(const char* s)用C-string来构造string类对象
string(size_t n, char c)string类对象中包含n个字符c
string(const string&s)拷贝构造函数
int main()
{string s1;string s2("hello world");string s3(10, '$');string s4(s2);cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;cout << s4 << endl;return 0;
}

在这里插入图片描述
下面的代码是对常见构造进行模拟实现

		/*string():_str(new char[1]),_size(0),_capacity(0){_str[0] = '\0';}*///string(const char* str=nullptr)//strlen(nullptr)是不行的//string(const char* str='\0')//类型不同//string(const char* str="\0")//是可以的,但是最好不写\0//下面的构造函数是将无参和有参进行了合并,使用了缺省参数,string(const char* str = ""):_size(strlen(str)){_capacity = _size == 0 ? 3 : _size;_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str);}string(const string& str)//拷贝构造:_size(str._size), _capacity(str._capacity){_str = new char[_capacity + 1];strcpy(_str, str._str);}

string类对象的容量操作(常用)

函数名称功能说明
size(重点)返回字符串有效字符长度
length返回字符串有效字符长度
capacity返回空间总大小
empty (重点)检测字符串释放为空串,是返回true,否则返回false
clear (重点)清空有效字符
reserve (重点)为字符串预留空间**
resize (重点)将有效字符的个数该成n个,多出的空间用字符c填充
int main()
{string s1("hello world");cout<

这里是引用
下面进行模拟实现

size_t size()const
{return _size;
}
size_t capacity()const
{return _capacity;
}
const char* c_str()
{return _str;
}
void reserve(size_t n)
{if (_capacity < n){char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);//防止将_str删除出现错误,先对其进行保存delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}/*char* tmp = new char[n + 1];strcpy(tmp, _str);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;*/
}
//分为三种情况
//一是小于——size,二是大于_size但是并不需要扩容,三就是大于_size还需要扩容
void resize(size_t n, char ch = '\0')//缺省参数
{if (n <= _size){_str[_size] = '\0';_size = n;}else{if (n > _capacity){reserve(n);}size_t i = _size;while (i < n){_str[i++] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}
}
void clear()
{_str[0] = '\0';_size = 0;
}

注意:

  1. 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()。
  2. clear()只是将string中有效字符清空,不改变底层空间大小。
  3. 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。
  4. 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,reserve不会改变容量大小。

string类对象的访问及遍历操作

函数名称功能说明
operator[] (重点)返回pos位置的字符,const string类对象调用
begin+ end begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
rbegin + rend begin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭代器
范围forC++11支持更简洁的范围for的新遍历方式
void func(const string& s)
{//权限扩大//string::const_reverse_iterator rit = s.rbegin();auto rit = s.rbegin();while (rit != s.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}
}
int main()
{string s("hello world");string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto it : s){cout << it << " ";}string s1("hello world");string::reverse_iterator rit = s1.rbegin();while (rit!=s1.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;func(s1);//s1[100];s1.at(100);return 0;
}

在这里也可以了解一下at

int main ()
{std::string str ("Test string");for (unsigned i=0; istd::cout << str.at(i);}return 0;
}

进行模拟实现

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;
}
const char& operator[](size_t pos)const
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}
char& operator[](size_t pos)
{assert(pos < _size);return _str[pos];
}

因为范围for是有迭代器实现的所以,实现了迭代器就相当于实现了范围for
将范围for的begin改成Begin就会行不通了,范围for是傻瓜

string类对象的修改操作

函数名称功能说明
push_back在字符串后尾插字符c
append在字符串后追加一个字符串
operator+= (重点)在字符串后追加字符串str
c_str(重点)返回C格式字符串
find + npos(重点)从字符串pos位置开始往后找字符c,返回该字符在字符串中的位置
rfind从字符串pos位置开始往前找字符c,返回该字符在字符串中的位置
substr在str中从pos位置开始,截取n个字符,然后将其返回
insert在指定位置插入字符或者字符串
erase删除指定为的,n个字符
int main()
{string s1("hello world");s1.push_back('#');cout << s1 << endl;s1.append("***");cout << s1 << endl;s1 += '@';cout << s1 << endl;s1 += "&&";cout << s1 << endl;string s2("hello world");s2 += '\0';s2 += "###";cout << s2 << endl;cout << s2.c_str() << endl;cout << s2.find('o') << endl;cout << s2.rfind('o') << endl;cout << s2.substr(2,3) << endl;return 0;
}

这里是引用

模拟实现

void push_back(char c)
{/*if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}_str[_size] = c;_size++;_str[_size] = '\0';*/insert(_size, c);
}
void append(const char* a)
{//size_t length = strlen(a);//if (_size + length > _capacity)//{//	reserve(_size + length);//}//strcpy(_str + _size, a);strcat(_str,a);虽然这里也能用,//但是是在C语言没办法时,而这里我们是知道\0的位置的,//strcat是找到\0然后进行插入,而这里是知道\0的位置的,所以能不用就不用strcat//_size += length;insert(_size, a);
}
//swap(s1,s2);
//s1.swap(s2);
//为什么下面的交换更加的快捷。是因为上面的要进行三次深拷贝,
//而下面就只是需要进行三次浅拷贝
void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}
size_t find(char a, size_t pos = 0)
{assert(pos < _size);for (size_t i = pos; i < _size; i++){if (_str[i] == a){return i;}}return npos;
}
size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
{assert(pos < _size);char* p = strstr(_str + pos, str);if (p == nullptr){return npos;}else{return (p - _str);}return npos;
}
string& operator+=(const char c)
{push_back(c);return (*this);
}
string& operator+=(const char* a)
{append(a);return (*this);
}
void insert(size_t pos, char ch)
{assert(pos <= _size);if (_size + 1 > _capacity){reserve(_capacity * 2);}size_t end = _size + 1;while (end > pos)//注意当end等于负数时会出错,会整型提升{_str[end] = _str[end - 1];end--;}_str[pos] = ch;_size += 1;
}
void insert(size_t pos, const char* str)
{assert(pos <= _size);size_t length = strlen(str);if (_size + length > _capacity){reserve(_size + length);}size_t end = _size + length;while (end > pos + length - 1)//注意当end等于负数时会出错,会整型提升{_str[end] = _str[end - length];end--;}size_t i = 0;while (length > 0){_str[pos++] = str[i++];length--;}//_str[pos] = ch;_size += length;
}
void erase(size_t pos, size_t length = npos)
{assert(pos < _size);if (length == npos || pos + length > _size){_str[pos] = '\0';}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + length);_size -= length;}}

注意:

  1. 在string尾部追加字符时,s.push_back© / s.append(1, c) / s += 'c’三种的实现方式差不多,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。
  2. 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。

string类非成员函数

函数功能说明
operator+尽量少用,因为传值返回,导致深拷贝效率低
operator>> (重点)输入运算符重载
operator<< (重点)输出运算符重载
getline (重点)获取一行字符串
relational operators (重点)大小比较
int main()
{string s;getline(cin,s);cout << s << endl;string firstlevel("com");string secondlevel("cplusplus");string scheme("http://");string hostname;string url;hostname = "www." + secondlevel + '.' + firstlevel;url = scheme + hostname;cout << url << '\n';
}

这里是引用

模拟实现

//swap(s1,s2);
//s1.swap(s2);
//为什么下面的交换更加的快捷。是因为上面的要进行三次深拷贝,
//而下面就只是需要进行三次浅拷贝
void swap(string& s)
{std::swap(_str, s._str);std::swap(_size, s._size);std::swap(_capacity, s._capacity);
}
//下面采用复用,会省好多事情
bool operator>(string& s)const
{return strcmp(_str, s._str) > 0;
}
bool operator==(string& s)const
{return strcmp(_str, s._str) == 0;
}
bool operator>=(string& s)const
{return (*this) > s || (*this) == s;
}
bool operator<(string& s)const
{return !((*this) >= s);
}
bool operator<=(string& s)const
{return !((*this) > s);
}
bool operator!=(string& s)const
{return !((*this) == s);
}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 = in.get();char buff[128];size_t i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 127){//写满将内容导入buff[127] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}//原理是将buff一段一段的导入if (i != 0){//在判断是否需要将buff导入buff[i] = '\0';s += buff;}return in;
}
最后:文章有什么不对的地方或者有什么更好的写法欢迎大家在评论区指出

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