【C++ • STL】探究string的源码

文章目录

一、深浅拷贝
二、传统版写法的string类（简单）
三、string类的模拟实现
四、现代版写法的string类
五、总结

ヾ(๑╹◡╹)ﾉ" 人总要为过去的懒惰而付出代价ヾ(๑╹◡╹)ﾉ"

一、深浅拷贝

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。
浅拷贝：（1）析构两次，造成程序崩溃（2）一个对象修改影响另外一个

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。

编译器默认生成的拷贝构造，是浅拷贝，会是两个对象指向同一块空间，当程序结束的时候，那么两个对象都会进行销毁，那么一块空间就会进行多次释放，从而引起崩溃。

深拷贝：给每一个对象分配资源，保证多个对象之间不会因为共享资源而导致多次释放造成程序崩溃。

二、传统版写法的string类（简单）

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>

namespace yyqx//为了与库里面的string进行区分
{
	//仅仅实现一个简单的string，仅仅考虑资源管理深浅拷贝问题
	class string
	{
	public:
		//构造函数
		string(const char* str)
			:_str(new char[strlen(str) + 1])//这里的+1，是为了'\0'开辟空间
		{
			strcpy(_str, str);//拷贝的时候'\0'也拷贝了
		}

		//拷贝构造（深拷贝）
		//s2(s1)
		string(const string& s)
			:_str(new char[strlen(s._str) + 1])
		{
			strcpy(_str, s._str);
		}

		//赋值，也会有深浅拷贝的问题
		string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)//避免自己给自己赋值，会导致值被释放，就会变成随机值
			{
				//delete[] _str;//首先进行释放
				//_str = new char[strlen(s._str) + 1];//C++的new是不需要检查是否开辟空间
				会抛异常
				//strcpy(_str, s._str);

				//为了避免开辟空间失败，而本来的空间也被我们释放，可以先开启空间，
				//进行拷贝，然后再释放
				char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
			}
			return *this;
		}


		//析构函数
		~string()
		{
			if (_str)
			{
				delete[] _str;
			}
		}
		
		//目的为了输出字符串
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}//返回c格式的字符串

		//重载[]
		char& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < strlen(_str));//注意这里的范围
			return _str[pos];
		}

		size_t size()
		{
			return strlen(_str);
		}
	private:
		char* _str;
	};
}

赋值运算符重载也会有深浅拷贝的问题。赋值，对象本身是有值的【拷贝的时候，如果空间小，就会不够，空间大，就会造成资源浪费】

三、string类的模拟实现

string的增删查改以及使用string【传统】
基本框架：

#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>

namespace yyqx//为了与库里面的string进行区分
{
	class string
	{
	public:

构造函数+析构函数：
写法1：

//构造函数
		string(const char* str)
			:_size(strlen(str))
			,_capacity(_size)
		{
			_str = new char[strlen(str) + 1];//这里的+1，是为了'\0'开辟空间
			strcpy(_str, str);//拷贝的时候'\0'也拷贝了
		}

		string()//注意，这里不是给的空，而是给了一个空的字符串//标准库里的就是给了一个""
			:_size(0)
			,_capacity(0)
		{
			_str = new char[1];
			_str[0] = '\0';
		}

构造函数：初始化列表，初始化的顺序并不是初始化列表的顺序，而是成员变量在类中的声明次序。
构造函数：注意默认的构造函数【编译器自动生成、缺省、函数重载】，默认的构造函数这里选择写一个同名函数，注意这里并不是给一个空指针，而是给了一个空字符串。
写法2：（最优写法）

		string(const char* str = "")//这里默认值不能给nullptr，strlen以及拷贝strcpy会崩溃
			:_size(strlen(str))
			,_capacity(_size)
		{
			_str = new char[strlen(str) + 1];//这里的+1，是为了'\0'开辟空间
			strcpy(_str, str);//拷贝的时候'\0'也拷贝了
		}
		
		//析构函数
		~string()
		{
			if (_str)
			{
				delete[] _str;
				_str = nullptr;//好习惯
				_size = 0;
				_capacity = 0;
			}
		}

缺省值这不能给nullptr，strlen以及拷贝strcpy时程序会崩溃
注意初始化列表
strcpy注意，拷贝的时候’\0’也拷贝了
new开空间的时候，一定要多开一个给’\0’

拷贝构造+赋值重载函数+其他：

		//拷贝构造（深拷贝）
		//s2(s1)
		string(const string& s)
			:_size(strlen(s._str))
			,_capacity(_size)
		{
			_str = new char[_capacity + 1];
			strcpy(_str, s._str);
		}

		//赋值，也会有深浅拷贝的问题
		string& operator=(const string& s)
		{
			if (this != &s)//避免自己给自己赋值，会导致值被释放，就会变成随机值
			{
				char* tmp = new char[s._capacity + 1];
				strcpy(tmp, s._str);
				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_size = s._size;
				_capacity = s._capacity;
			}
			return *this;
		}
		//目的为了输出字符串
		const char* c_str() const
		{
			return _str;
		}//返回c格式的字符串
		
		char& operator[](size_t pos)//这里仅仅可以传入对象，不能传入const对象，如果是const对象，就会报错
		{
			assert(pos < _size);//注意这里的范围
			return _str[pos];
		}
		const char& operator[](size_t pos) const//这里就可以传入const对象
		{
			assert(pos < _size);
			return _str[pos];
		}

		//这里的const修饰的是this指针指向的对象const string s;
		size_t size() const//写const，普通对象以及const对象都可以调用,如果不加const对象就不可以调用
		{
			return _size;
		}
		size_t capacity() const//写const，普通对象以及const对象都可以调用
		{
			return _capacity;
		}

添加：

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

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

		void reverse(size_t n)//一个扩容的作用
		{
			if (n > _capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);
				delete[] _str;//注意这里的释放不是free
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n < _size)
			{
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
			else
			{
				if (n > _capacity)
				{
					reverse(n);
				}
				for (size_t i = _size; i < n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_size = n;
				_str[_size] = '\0';
			}
		}

		void push_back(char ch)
		{
			if (_size == _capacity)
			{
				reverse(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);//如果是一个空字符串，就会导致并没有扩容,
				//扩容要注意刚开始没有容量的情况下
			}
			_str[_size] = ch;
			_size++;
			_str[_size] = '\0';//注意\0，容易遗漏
		}

		//append插入的字符个数是未知的，扩容二倍也不一定足够
		void append(const char* str)
		{
			size_t len = _size + strlen(str);
			if (len > _capacity)
			{
				reverse(len);
			}
			strcpy(_str + _size, str);
			_size = len;
		}//但是我们一般用+=

判断容量是否满，如果 _size= _ capacity,容量扩2倍，new一个新容量的空间,释放旧空间，最后指针指向新的空间。
append （append插入的字符个数是未知的，扩容二倍也不一定足够：解决办法：reverse预留空间【一个扩容的作用】）
reverse 为string预留空间，避免多次扩容（提高效率）
resize用处：扩空间+初始化；删除数据保留前n个
插入：

string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos <= _size);//这里的=_size相当于尾插
			//注意，这里容易忘记，size_t就已经大于等于0了，所以在这里我们主要保证pos是小于_size即可
			if (_size == _capacity)
			{
				reverse(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
			}
			//不可以用strcpy,这里不可以是同一块地址，对导致内容不是我们想要的
			//最后一个未知的字符移到_size然后就是倒数第二位移动，从后向前移动
			size_t end = _size + 1;
			//注意这里如果end=_size，当头插的时候，进入循环end会变成-1，因为是size_t所以又会进入循环，导致错误
			while (end > pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}
			_str[pos] = ch;
			_size++;
			return *this;
		}

		//插入\0，用c_str(遇到\0停止打印)打印显示在屏幕的字符串长度会减小或者不变，但是_size会变大
		//用范围for或者迭代器可以打印出来

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos <= _size);
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len > _capacity)
			{
				reverse(_size + len);
			}
			size_t end = _size + len;
			while (end > pos + len - 1)//这里注意
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				--end;
			}
			strncpy(_str + pos, str, len);//防止为了遇见\0就不拷贝了(strcpy遇见\0就不拷贝了)
			_size += len;
			return *this;
		}

插入字符：

不可以用strcpy,在字符进行向后移的时候，不可以是同一块地址，对导致内容不是我们想要的，最后一个未知的字符移到_size然后就是倒数第二位移动，从后向前移动
end=_size，当头插的时候，进入循环end会变成-1，因为是size_t，又是大于0所以又会进入循环，导致代码错误

插入字符串：

防止为了遇见\0就不拷贝了，所以用的是strncpy(strcpy遇见\0就不拷贝了)

删除：

//删除
		string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos < _size);
			//删除的数据大于等于_size
			if (len == npos || pos + len >= npos)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				size_t begin = pos + len;
				while (begin <= _size)
				{
					_str[begin - len] = _str[begin];
					++begin;
				}
				_size -= len;
			}
			return *this;
		}

注意：npos类中静态成员的初始化，必须在类外，类和对象（下）本篇文章中有详细说明。【const在定义的时候必须初始化，但是静态成员的变量初始化又在外面】

查找：

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

		size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
		{
			const char* p = strstr(_str + pos, str);
			if (p == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return p - _str;
			}
			
		}
		
		void clear()
		{
			_str[0] = '\0';
			_size = 0;
		}
	private:
		char* _str;
		size_t _size;//有效字符的个数
		size_t _capacity;//存储有效字符的空间大小
		const static size_t npos;//正确的写法是在类外进行初始化
		//const static size_t npos = -1;//这种写法也可以，但是违背了正确的写法,要注意
	};
	const size_t string::npos = -1;

strstr返回的是指针，没有找到返回空指针。

流插入和流提取：

/流插入和流提取
	//在类外
	//不可以用c_str(),因为遇见\0会停止
	//'\0'是不可以见字符，不会显示

	//流插入
	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (auto ch : s)
		{
			out << ch;
		}
		return out;
	}
	//流提取,字符从面板提取到s
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
			s.clear();
		//要把对象里面的字符清理掉，否则当对象不是空的时候，会导致字符直接加到已有对象的后面。
		//但是我们想要的是，对象是我们输入的字符串
	
		//第一种思路（缺点：频繁的+=，字符串过大，会导致频发的扩容，影响效率）
		/*char ch;
		ch = in.get();
		if (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			s += ch;
			ch = in.get();
		}
		return in*/

		//第二种思路（这种思路比较优，无论大小都可以避免频繁扩容）
		char ch;
		ch = in.get();
		char buff[128] = { '\0' };
		size_t i = 0;
		if (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == 127)
			{
				s += buff;
				memset(buff, '\0', 128);
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}
		s += buff;
		return in;
	}

'\0’是不可以见字符，不会显示
clear（）要把对象里面的字符清理掉，否则当对象不是空的时候，会导致字符直接加到已有对象的后面。但是我们想要的是，对象是我们输入的字符串

运算符重载：

	//运算符重载
	//比较大小
	//全局函数.可以类比日期类
	bool operator<(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
	}

	bool operator==(const string& s1, const string& s2)
	{
		return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) == 0;
	}

	bool operator<=(const string& s1, const string& s2)
	{
		return s1 < s2 || s1 == s2;
	}

	bool operator>(const string& s1, const string& s2)
	{
		return !(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);
	}
}//这个是yyqx的大括号

这里是在全局变量，没有在类里面，是在类外

迭代器：
string类private里面：

public:
		//迭代器
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		const_iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _str + _size;
		}
		
		iterator begin() 
		{
			return _str;
		}

		iterator end() 
		{
			return _str + _size;
		}

四、现代版写法的string类

拷贝构造和赋值的现代写法

		//拷贝构造（深拷贝）
		//s2(s1)//现代写法,剥削行为，要完成深拷贝,
		void swap(string& s)
		{
			std::swap(_str, s._str);
			std::swap(_size, s._size);
			std::swap(_capacity, s._capacity);
		}
		string(const string& s)
			:_str(nullptr)
			,_size(0)
			,_capacity(0)//这里要进行初始化，否则交换后，局部变量的销毁（随机值销毁，不可以）
		{
			//构造一个对象tmp，tmp里所有的东西this想要。this和tmp
			string tmp(s._str);//局部变量，出了作用域会销毁
			swap(tmp);
			//tmp出了作用域会销毁
		}

		//赋值，也会有深浅拷贝的问题
		//现代写法
		//第一种
		//string& operator=(const string& s)
		//{
		//	if (this != &s)//避免自己给自己赋值，会导致值被释放，就会变成随机值
		//	{
		//		string tmp(s._str);
		//		swap(tmp);//把tmp给this,出了作用域把this给tmp的值进行销毁
		//	}
		//	return *this;
		//}

		//第二种
		string& operator=(string s)//传值传参，拷贝构造，拷贝的值给this，并不会导致s的实参发生变化
		{
			swap(s);
			return *this;
		}
		//掌握现代写法

补充知识点
遍历方式中有一个是范围for（范围for的底层实现是迭代器,如果没有迭代器的程序，代码会进行报错）

代码展示：

	yyqx::string s("hello 12345");
	for (auto ch : s)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;

在c语言中，我们用atoi。
在这里插入图片描述
string中的两个常用函数

五、总结

以上就是今天要讲的内容，本文详细的介绍了浅拷贝、浅拷贝和string的模拟实现。本文以及一文带你走进string详细的介绍了string的相关知识，希望给友友们带来帮助！文章来源地址https://uudwc.com/A/DNLJr