C++系列-String(五)String初步的模拟实现

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今天,我们主要讲述的是如何实现String,首先,我们将在上一篇文章的初步实现String功能的前提上进一步对DString的功能进行完善。

这个头文件是我们这篇文章中将会实现的功能。

头文件声明

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace bit
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin();iterator end();const_iterator begin() const;const_iterator end() const;string(const char* str = "");string(const string& s);~string();const char* c_str() const;size_t size() const;char& operator[](size_t pos);const char& operator[](size_t pos) const;void reserve(size_t n);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 = 0, size_t len = npos);size_t find(char ch, size_t pos = 0);size_t find(const char* str, size_t pos = 0);void swap(string& s);string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos);bool operator<(const string& s)const;bool operator>(const string& s)const;bool operator<=(const string& s)const;bool operator<=(const string& s)const;bool operator==(const string& s)const;bool operator!=(const string& s)const;void clear();private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;const static size_t npos;};istream& operator>>(istream& is, string& str);ostream& operator<<(istream& os, const string& str);}

这个头文件我们先放在这里,大家可以先看一下,具体的注意点我们在后面描述具体功能的时候进行讲解。

类域讲解和npos定义

 首先在String.cpp文件中,我们用到了类域的概念

#include"String.h"
namespace bit
{}

我们将功能的具体实现的代码放到了与功能声明相同的类域当中,这样可以防止将具体的库展开从而造成混乱。

const size_t string::npos = -1;

首先,我们对npos进行了定义,将它定义为-1,除了在cpp文件中定义之外(我们一般都选择在类外进行定义),我们也可以在头文件当中对int类型的变量进行定义(只有Int类型)。

const static size_t npos = -1;

这样是可以的,但是这样是特例,我们一般来说不会这样做。

而且,同样都是声明中定义,其他类型就不行了,例如:

		const static double N = 2.2;

这样会进行报错。

接下来,我们对迭代器的开始和末尾进行的定义

	//迭代器的定义string::iterator string::begin(){return _str;}string::iterator string::end(){_str + _size;}string::const_iterator string::begin() const{return _str;}string::const_iterator string::end() const{return _str + _size;}

我们在这里为了防止权限的放大和缩小问题,所以我们还定义了const修饰的迭代器的开始和结束。

Sting构造

接下来,我们对string的构造(针对字符串)进行了定义。

针对字符串

	string::string(const char* str):_size(strlen(str)){_str = new char[_size + 1];_capacity = _size;strcpy(_str, str);}

 接下来,我们对string的构造(针对Sting类型变量)进行了定义。

针对String类型

	string::string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}
void test_string1()
{string s1;string s2("hello world");string s3(s2);cout << s1 << endl;cout << s2 << endl;cout << s3 << endl;
}

赋值拷贝 

	string& 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;}

析构

	string::~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}
	bit::string s4(s2);//cout << s4 << endl;bit::string s5 = s2;

返回整个Sting和它的size 

	const char* string::c_str() const{return _str;}size_t string::size() const{return _size;}

 方括号索引的搭建

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

 开辟空间函数(reserve)

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

 这个用条件判定的原因主要是为了节约资源,当空间足够用时自然没必要再对其进行开辟。

插入功能的实现

	void string::push_back(char ch){if (_size == _capacity){size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity;reserve(newcapacity);}_str[_size] = ch;_str[_size + 1] = '\0';++_size;//insert(_size, ch);}void string::append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);str += len;//insert(_size, str);}

这里实现的有两个函数,一个是push_back,一个是append

在二者的实现过程中,都对现有空间进行了判断,若空间不足,则使用reserve函数对空间进行开辟,并且释放旧的空间,并将现有的值放入新开辟的空间当中。

+=的实现

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

部分功能测试

void test_tring1()
{bit::string s1("hello world");cout << s1.c_str() << endl;for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){s1[i]++;}for (size_t i = 0; i < s1.size(); i++){cout << s1[i] << " ";}cout << endl;bit::string::iterator it1 = s1.begin();while (it1 != s1.end()){cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;for (auto e : s1){cout << e << " ";}cout << endl;const bit::string s3("xxxxxxxx");bit::string::const_iterator it3 = s3.begin();while (it3 != s3.end()){cout << *it3 << " ";it3++;}cout << endl;for (size_t i = 0; i < s3.size(); i++){cout << s3[i] << " ";}cout << endl;
}

 

insert

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

我们这个功能的实现逻辑基本上就是先将pos位置空下,空下的方式就是将前一位移动到后一位,然后将该位置插入需要的字符,然后将size+1

但是这个逻辑实现起来是有问题的。

	s1.insert(6, 'x');cout << s1.c_str() << endl;

当插入的目标位置为6的时候,是没问题的

 

但要是插入位置为0的时候,就会发生很大的问题

	s1.insert(0, 'y');cout << s1.c_str() << endl;

很明显,在这里的时候,发生了死循环,其实发生死循环的原因很简单,那就是size_t的存在,size_t是无符号整数,最小的数字就是0,所以,条件判定就失效了。

 所以,为了解决这个方法。我们一般会采用强制类型转换。

	while (end >= (int)pos)

 

或者,我们也可以转变代码逻辑

		size_t end = _size + 1;while (end > pos){_str[end] = _str[end - 1];--end;}

这样,就忽视了0的影响

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

这个是针对字符串的。

或者同理修改代码逻辑

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

删除功能实现

	void string::erase(size_t pos, size_t len){assert(pos < _size);if (len >= _size - pos){_str[pos] = '\0';_size = pos;}else{strcpy(_str + pos, _str + pos + len);_size -= len;}}

在这个代码当中,我们并不需要一个个删除,我们只需要在删除的位置放一个‘\0’就好

查找功能实现

 查找字符

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

 查找字符串

	size_t string::find(const char* sub, size_t pos){char* p = strstr(_str + pos, sub);return p - _str;}

Swap交换功能

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

在这里我们为了提高效率,我们调用了库里面的swap函数,否则,我们必须要开辟三次空间,这样是很浪费的。

查找功能补充

string string::substr(size_t pos, size_t len){if (len > _size - pos){string sub(_str + pos);return sub;}else{string sub;sub.reserve(len);for (size_t i = 0; i < len; i++){sub += _str[pos + i];}return sub;}}

大小比较功能实现

	bool string::operator<(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) < 0;}bool string::operator>(const string& s) const{return !(*this <= s);}bool string::operator<=(const string& s) const{return *this < s || *this == s;}bool string::operator>=(const string& s) const{return !(*this < s);}bool string::operator==(const string& s) const{return strcmp(_str, s._str) == 0;}bool string::operator!=(const string& s) const{return !(*this == s);}

补充功能:

 

void string::clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}istream& operator>> (istream& is, string& str){str.clear();char ch = is.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){str += ch;ch = is.get();}return is;}ostream& operator<<(ostream& os, const string& str){for (size_t i = 0; i < str.size(); i++){os << str[i];}return os;}

在输入功能的实现当中,我们选用的是get(),那是因为无论是scanf还是cin都不能识别换行符,其中scanf在%c的时候可以识别空格,但是其他时候也不可以。

好了,这篇文章的内容就到这里,我们下期再见。

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