欢迎来到博主的专栏——c++编程
博主ID：代码小豪
文章目录
- 前言
- string类的模拟实现
- string的成员对象
- 构造、赋值、析构
- 访问成员对象的接口
- 访问字符串中的元素
- 迭代器
- 对字符序列的插入、删除元素操作
- mystring类的相关操作
- mystring类的所有模拟实现以及测试案例
前言
本片的string类的模拟实现不涉及模板，泛型编程并不是本专栏的重点内容，本专栏的主要目的是了解c++面向对象编程的特性，以及STL的部分使用方法。因此本博客模拟的string类是为了让读者了解类的封装方法、接口设计。
string类的模拟实现
string的成员对象
一个类需要设计该类的属性和行为。属性是成员对象，而行为则是成员函数，string类是字符序列的类。
c++是基于C语言扩展而成，因此c++当中的字符序列和c语言的如出一撤，即字符序列的字符在内存中连续存储，再用一个char*的指针指向字符序列。c++称这种字符序列为c-string。
如果要将字符串封装起来，那么我们还需要提供其他的属性来显示这个字符序列的状态，比如当前字符串的长度。
我们还想要这个字符串可以自动的扩大存储。那么最好的方法就是使用动态内存来管理这个字符序列。因此还需要为其设计容量这一属性。方便用户（即类的使用者）查看当前字符序列的可存储内存。
那么根据上述理论，我们可以确定一个基本的string类应该封装这么三个对象：c-string，大小，可存储容量。
class mystring
{
private:
char* _str;//c-string
size_t _size;//当前的字符长度
size_t _capacity;//容量
};
c++的string类还存在一个特殊的static const成员常量npos，我们也将其设计在类中，但是要注意static成员变量要声明在类中，定义在类外。
```cpp
class mystring
{
private:
char* _str;//c-string
size_t _size;//当前的字符长度
size_t _capacity;//容量
static const size_t npos;
};
const size_t mystring::npos = -1;
构造、赋值、析构
一个类想要正常的使用，那么为其设计合理的构造、析构、赋值成员函数时必不可少的，即使你粗心的遗忘了某个部分，编译器都会为你生成这些函数，因此，想要设计好一个类，这个模块是必不可少的。
我们希望string类的构造能支持下面三种初始化形式：默认初始化成空string，也可以用c-string初始化这个string，还可以用string对象初始化string。因此我们需要设计这么三个函数。默认构造、拷贝构造、和c-string作为参数的构造。
class mystring
{
public:
mystring();//默认构造
mystring(const mystring& str);//拷贝构造
mystring(const char* str);//c-string构造
private:
char* _str;//c-string
size_t _size;//当前的字符长度
size_t _capacity;//容量
};
我们最好将声明和定义分离在两个编程单元当中，这是为了减少链接问题。由于篇幅问题博主就不详细声明了，博主将会在c++杂谈中提到这个。
string的默认构造，默认构造是构造一个空字符串。空字符串长度为0，但是内存并不为0，因为空字符串并不是没有字符，而是开辟了一个只有‘\0’的字符串。
mystring::mystring()
{
_size = 0;
_capacity = 0;
_str = new char[_capacity + 1] {0};
}
为什么申请的空间要比_capacity多一个呢？这是因为容量不需要注意\0的管理，我们设计的容量是为了记录可存储有效字符的容量，但是在申请空间的时候需要比容量多申请一个，这个位置是留给\0的。
拷贝构造还是为了拷贝c-string的。因此不仅仅string对象中的_str指向的字符序列与c-string一致，而且_size和_capacity都要与c-string一致。
mystring::mystring(const char* str)
:_size(strlen(str))
{
_capacity = _size;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str);
}
博主这里使用了C语言的库函数strlen和strcpy，C语言的<string.h>在string类的模拟实现中大量使用，主要原因还是博主懒，如果大家想了解strlen和strcpy的使用逻辑，那么可以去看博主在C语言进阶指南（14），里面有相对应的模拟实现。（模拟实现是为了让自己能够对最近的知识进行一次实践、而不是造轮子，博主当前的阶段还能写string类能比设计标准库大佬好？这当然不可能）。
拷贝构造函数是，将待拷贝的mystring对象的所有属性都拷贝过来。
mystring::mystring(const mystring& str)
{
_size = str._size;
_capacity = str._capacity;
//这里是深拷贝
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str._str);
}
析构函数则是将申请的空间进行释放，由于字符序列不再存在有效字符，因此_size和_capacity置为0。
mystring::~mystring()
{
delete[] _str;
_size = 0;
_capacity = 0;
}
赋值重载函数的本质也是将对象参数进行拷贝，与拷贝构造的原理相同。但是要将申请的空间进行销毁。
mystring& mystring::operator=(const mystring& str)
{
_size = str._size;
_capacity = str._capacity;
delete[] _str;
_str = new char[_capacity + 1];
strcpy(_str, str._str);
return *this;
}
访问成员对象的接口
mystring中的成员对象都被隐藏了起来，如果我们想要让用户知道这些数据，可以为其设计访问的接口，方便用户进行操作，而不破坏类的封装性。
size_t size() { return _size; }
size_t capacity() { return _capacity; }
void reserve(size_t n);//扩容函数
void clear();//清空clear
reserve的目的是让用户可以手动的为mystring对象进行扩容。当然，我们也可以在成员函数当中调用这个函数完成扩容，可谓是一举两得。
由于c++并没有给出像realloc这种可以原地扩容的关键字，因此博主在reserve当中使用的是异地扩容。
void mystring::reserve(size_t n)
{
if (n > _capacity)
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 1.5 * _capacity;
//异地扩容
char* tmp = new char[newcapacity + 1] {0};
strcpy(tmp, _str);
delete[] _str;
_str = tmp;
_capacity = newcapacity;
}
}
clear是将字符串里的有效字符清空，我们不需要修改容量，只需要修改大小，并且将字符序列的起始字符换成‘\0’就行了。（因为_str的本质是c-string，而c-string的定义就是从起始字符开始到第一个遇到的’\0’为c-string）。
void mystring::clear()
{
_str[0] = '\0';
_size = 0;
}
访问字符串中的元素
mystring对象时一个字符序列，因此我们需要考虑用户该如何访问字符序列的元素。由于_str是一个c-string，那么我们可以考虑C语言的做法，用下标访问符[]访问元素。这就需要我们为mystring重载一个下标访问符的函数了。
char& operator[](size_t pos) { return _str[pos]; }
const char& operator[](size_t pos)const { return _str[pos]; }
由于我们需要考虑到const对象和non-const对象调用此函数的不同效果，因此需要将其重载一个const对象的调用版本，和一个非const对象的调用版本。
迭代器
迭代器是一个用来在容器、对象当中遍历或者访问元素的接口。由于c-string可以用char的指针来遍历或访问元素。因此我们不妨将char的指针作为mystring的迭代器。
typedef char* iterator;
typedef const char* const_iterator;
iterator begin() { return _str; }//返回对象的起始迭代器
iterator end() { return _str + _size; }//返回对象的末尾迭代器
const_iterator end() const{ return _str + _size; }//返回const对象的末尾迭代器
const_iterator begin() const{ return _str + _size; }//返回const对象的起始迭代器
对字符序列的插入、删除元素操作
我们设计为字符序列的相关修改函数，字符序列本身是一个顺序表的数据结构，因此我们设计插入、删除元素的函数时可以参考顺序表的插入、删除元素的算法。
void push_back(char c);//追加字符
void append(const mystring& str);//追加字符串
mystring& operator+=(const mystring& str);//追加字符串
mystring& operator+=(char c);//追加字符
void insert(size_t pos, char ch);//在pos的位置，插入字符
void insert(size_t pos, const char*str);//在pos的位置，插入字符
void erase(size_t pos = 0, size_t len = npos);//删除pos位置后len个长度的字符
void swap(mystring& s);//交换字符串
追加字符或字符串的操作可以参考顺序表的尾插法。尾插是在字符串的末尾加入元素。
追加的过程中要注意mystring对象的容量可能满了，注意为该对象进行扩容。
void mystring::push_back(char c)
{
if (_size == _capacity)//扩容
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 1.5 * _capacity;
reserve(newcapacity);
_capacity = newcapacity;
}
_str[_size++] = c;
_str[_size] = '\0';
}
void mystring::append(const mystring& str)
{
size_t len = strlen(str._str);
while (_size + len >= _capacity)//扩容
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 1.5 * _capacity;
reserve(newcapacity);
_capacity = newcapacity;
}
size_t end = _size + len;
size_t i = 0;
strcpy(_str,str._str);
}
mystring& mystring::operator+=(const mystring& str)
{
append(str);//这里我们直接复用追加函数
return *this;
}
mystring& mystring::operator+=(char c)
{
push_back(c);//复用追加函数
return *this;
插入操作也是和顺序表的插入算法一致，因为字符序列的本质就是一个顺序表。
void mystring::insert(size_t pos, char ch)
{
assert(_size >= pos);//检测合法性
if (_size == _capacity)//扩容
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 1.5 * _capacity;
reserve(newcapacity);
_capacity = newcapacity;
}
size_t end = _size;
while (end > pos)//挪动数据
{
_str[end] = _str[end - 1];
end--;
}
_str[pos] = ch;//插入数据
_size++;
}
void mystring::insert(size_t pos, const char* str)
{
assert(_size >=pos);//判断合法性
size_t len = strlen(str);//判断插入字符的有效字符个数
size_t newsize = _size + len;
while (newsize >= _capacity)//扩容
{
size_t newcapacity = _capacity == 0 ? 4 : 1.5 * _capacity;
reserve(newcapacity);
_capacity = newcapacity;
}
size_t end = newsize;
while (end >= pos+len)//挪动数据
{
_str[end] = _str[end - len];
end--;
}
while (len--)//插入数据，不会插入‘\0’
{
_str[pos + len] = str[len];
}
_size = newsize;
}
删除数据则是将该范围的数据被后面的数据覆盖就行
void mystring::erase(size_t pos, size_t len )
{
assert(pos <= _size);
if(_size -pos <= len)
{
_str[pos] = '\0';
_size = pos;
}
else
{
size_t end = _size;
size_t begin = pos + len;
while (begin <= end)
{
_str[begin - len] = _str[begin];
begin++;
}
_size -= len;
}
}
mystring类的相关操作
我们希望mystring类可以用于C语言的函数，换句话说就是让mystring中的_str拿出来是用于C语言设计的函数。
const char* c_str() const{ return _str; }
我们还可以设计一个查找函数，方便我们查找字符或字符串在mystring对象当中的位置。
size_t mystring::find(char ch, size_t pos )const
{
assert(pos <= _size);
while (_str[pos] != '\0')
{
if (_str[pos] == ch)//查找字符
{
return pos;
}
pos++;
}
return npos;//返回字符
}
size_t mystring::find(const char* str, size_t pos )const
{
assert(pos <= _size);
const char* substr;
substr = strstr(_str+pos, str);//查找字符串
if (substr == nullptr)
{
return npos;
}
return substr-_str;//返回字符串
}
查找字符串会用到复杂的算法，比如KMR查找算法，这里博主不多讲述，所以用strstr这个C语言函数，并且利用指针相减的特性取巧的解决了这个问题。
我们还可以重载io流，使得cout和cin可以对mystring类的对象进行操作，注意这两函数是定义成非成员函数的。
istream& operator>> (istream& is, mystring& str);
ostream& operator<< (ostream& os, const mystring& str);
istream& operator>> (istream& is, mystring& str)
{
str.clear();
char ch=0;
ch=is.get();
while (ch != '\n' && ch != ' ')
{
str += ch;
ch = is.get();
}
return is;
}
ostream& operator<< (ostream& os, const mystring& str)
{
os << str.c_str();
return os;
}
mystring类的所有模拟实现以及测试案例
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