[ C++ ] string类常见接口及其模拟实现

Posted 2022-08-27 小白又菜

上一篇博文内容：string类的构造，拷贝，赋值拷贝，及其模拟实现​​[ C++ ] string类之构造，拷贝，赋值 及其模拟实现​​

本篇内容：string类的常见接口及其模拟实现，我将会从遍历，增，删，查，改5个方面对常见，常用的接口进行模拟实现string类。

该思维导图是本篇博文主要内容

---

1、遍历

1.1 下标+operator [ ]

这种方法是最好理解的，我们使用下标将字符串的内容逐字符输出。

char& operator[](size_t pos)

  assert(pos < strlen(_str));
  return _str[pos];


const char& operator[](size_t pos) const 

  assert(pos < strlen(_str));
  return _str[pos];


int main()
  string s1("hello world");
  for (int i = 0; i < s1.size(); ++i)
  

    cout << s1[i];
  
  return 0;

 

1.2 c_str

我们发现c_str返回的就是该字符串以及末尾的\\0，我们可以使用c_str()来进行字符串的打印，遇到\\0就停止。

实现代码：

const char* c_str() const
      return

1.3 迭代器

迭代器：字符串的迭代器底层是一个char* 的原生指针，因此我们使用string的迭代器时就像指针一样使用即可，但是其他的容器底层实现并不一定都是原生指针。

typedef char* iterator;
  typedef const char* const_iterator;
  iterator begin()
    return _str;
  

  iterator begin() const
    return _str;
  
  iterator end()
    return _str + _size;
  

  iterator end() const
    return

我们使用迭代器来遍历一下字符串：

int main()
  string s1("hello world");
  string::iterator it = s1.begin();
  while (it != s1.end())
  
    cout << *it << " ";
    it++;
  
  return 0;

 

1.4 范围for

范围for的使用

for (auto e : s1)
  
    cout << e << " ";
  

范围for的底层原理：范围for的底层原理其实就是迭代器。我们如何来验证呢，我们可以将自己实现的迭代器屏蔽起来，再使用范围for进行遍历发现就会出现报错。  

2、增

2.1.push_back

通过查询文档，我们知道了push_back的作用是将一个字符添加到目标字符串后。

方法：

1、首先我们肯定要判断是否需要扩容。如果_size == _capacity ，说明满了，需要扩容。

扩容的方法：开辟一个2倍的新空间，将字符串拷贝到新空间，现有的空间释放掉即可。

2、扩容完毕后我们在下标为_size的位置加入新增字符。

3、最后我们将_size++，并处理\\0即可。

实现代码：

void push_back(char
      if (_size == _capacity)
      
        char* tmp = new char[_capacity * 2 + 1];
        strcpy(tmp, _str);
        delete[] _str;
        _str = tmp;
        _capacity *= 2;

        //reserve(_capacity == 0?4:_capacity*2);
      

      _str[_size] = ch;
      ++_size;
      _str[_size] = \\0;

      //insert(_size, ch);

2.2. 重载 += （char ch）

我们在日常写代码时很少会使用push_back，我们经常会使用 += ，因此我们也有必要实现一下 +=，+= 的实现可以复用 push_back。

代码实现：

operator+=( char ch)
    
      push_back(ch);
      return *this;
    

 2.3. append

前两个接口针对新增一个字符，append接口是将一个字符串新增到源字符串后。

方法：

1、首先，我们依然要考虑源字符串是否需要扩容，这次的扩容和push_back的扩容仍有区别，push_back由于只新增一个字符，因此在源字符串大小的基础上扩容2倍是足够的；append如果也是在源字符串的大小上扩容2倍的话并不能保证空间足够，因为并不知道新字符串的大小。那么确保新空间的大小一定足够呢？因此我们只需要计算源字符串的_size + 新字符串的_size的和，这个和就是新空间的大小。这也一定能确保新空间足够。因此我们可以使用reserve接口（该接口实现在 5.1）

2、只需要修改_size.

代码实现：

void append(const char* str)
      size_t len = _size + strlen(str);
      if (len > _capacity)
      
        reserve(len);
      
      strcpy(_str + len, str);
      _size = len;
      //insert(_size, str);

2.4.重载 += （char*  str）

+=字符串实现原理也是直接复用append

代码实现：

operator+=(const char* str)
  
    append(str);
    return *this;
  

2.5. insert (任意位置插入)

2.5.1 任意位置插入一个字符

方法：

1、首先：判断pos位置的合法性。

2、其次：判断是否需要扩容，如果满了则需要扩容（2倍扩即可）

3、再者：从_size+1位置开始从后往前分别将每个字符向后移动一位，当end等于pos位置时，移动结束

4、最后：在pos位置插入新字符，修改_size

 

代码实现如下：

string& insert(size_t pos, char
  assert(pos <= _size);
  //判断size
  if (_size == _capacity)
  
    reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
  

  size_t end = _size+1;
  while (end > pos)
  
    _str[end] = _str[end-1];
    --end;
  
  _str[pos] = ch;
  ++_size;
  return *this;

注：当pos == size时，相当于push_back，因此push_back可以复用insert。 

2.5.2 任意位置插入一个字符串

任意位置插入一个字符串时原理基本和插入一个字符相同，需要注意临界条件即可。

方法：

1、首先：判断pos位置的合法性。

2、其次：判断是否需要扩容，如果满了则需要扩容，这里的扩容和append的扩容原理相同，使用reserve扩。

3、再者：挪动数据。 依然是从后往前挪。此时end = size + len（len = strlen(str)）,依次将end - len位置的字符挪动到end位置，每挪一个字符，end--，当 end == pos+len - 1时候说明挪动结束。

4、最后，插入字符串，修改_size即可。

string& insert(size_t pos, const char* str)
      assert(pos <= _size);
      size_t len = strlen(str);
      if (len == 0)
      
        return *this;
      
      if (_size + len > _capacity)
      
        reserve(_size + len);
      
      //挪动数据
      size_t end = _size + len;
      //while(end >= end+len)
      while (end > pos+len-1)
      
        _str[end] = _str[end-len];
        --end;
      
      //插入数据  
      size_t i = 0;
      while (i < len)
      
        _str[pos+i] = str[i];
        ++i;
      
      _size += len;
      return *this;
    

3.删

3.1 earse

库中提到了一个npos，我们可以看一下npos到底是什么？

npos的大小肯定是大于给定len的大小，因此就是有多少删多少。

通过库里面的定义，erase的作用是在pos位置往后删除len个字符

其中erase删除可分为这几种情况：

情况1：如果len == npos，或者pos + len >= _size，说明要删完，后面删完的话只需要在pos位置赋成 \\0 即可。

情况2：没有删完，删除一部分，我们可以定义一个begin = pos + len，让begin 位置的字符赋值给begin - len 位置的字符，当begin == _size时，就自动将 \\0 赋值过去了，因此结束的条件是begin > _size。 最后再处理一下 _size -= len 

代码实现：

string& earse(size_t pos, size_t
      assert(pos < _size);
      if (len == npos || pos + len >= _size)
      
        _str[pos] = \\0;
        _size = pos;
      
      else
      
        size_t begin = pos + len;
        while (begin <= _size)
        
          _str[begin-len] = _str[begin];
          ++begin;
        
        _size -= len;
      
      return *this;
    

4.查

4.1 查找一个字符

 

find查字符串返回第一次出现该字符的下标，这个实现也比较简单。 

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

4.2 查找一个字符串

查找子串可以使用C语言中的strstr

size_t find(const char* str, size_t pos = 0)
      const char* p = strstr(_str + pos, str);
      //kmp算法 -- 效率不好 不实用
      //bm算法
      if (p == nullptr)
      
        return npos;
      
      else
      
        return

4.3 字符串比较

这里我们比较的是字符的ASCII码值的大小,可以使用strcmp

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);
  
  bool operator!=(const string& s1, const string& s2)
  
    return

5.改

5.1 reserve

 reserve作用就是将string的容量扩充到n个。

方法：首先需要判断n是否大于_capacity，如果n小于等于_capacity则不进行容量修改，如果n大于_capacity，则需要进行扩充到n。

代码实现：

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

    _capacity = n;
  

5.2 resize 

 

resize的作用是将字符串的大小调整为n个字符。resize修改的是size。

resize和reserve的区别：reserve只对空间进行处理，不影响值；resize不仅会改变空间，还会改变size,会改变字符的值。

情况1: resize的n大于当前字符串的长度。

用如图举例，s1中存放 hello world，大小只有15个空间，现在要resize(20,x)，此时空间不够，需要扩容，开辟新空间后将源字符串内容拷贝下来并在后面加满 x

情况2: resize的n小于当前字符串_capacity的长度。但是大于字符串_size的长度

如下图所示，在这种情况下，s1的_capacity不会变，而是将_size增加到n,并在字符串后弥补目标字符。

情况3: resize的n小于当前字符串_resize

如下图所示，在这种情况下，s1的_size修改为目标大小n，并改变值，只会保留前n个字符的内容

在了解resize的作用后，我们也进行了不同情况的分类，模拟实现代码如下：

//扩空间+初始化
      //删除部分数据，保留前n个
    void resize(size_t n,char ch = \\0)
      if (n < _size)
      
        _size = n;
        _str[_size] = \\0;
      
      else
      
        if (n > _capacity)
        
          reserve(n);
        
        for (size_t i = _size; i < n; ++i)
        
          _str[i] = ch;
        
        _size = n;
        _str[_size] = \\0;
      
      
    

 （本篇完）