C++string类详解

原创已于 2025-09-21 09:53:43 修改 · 1k 阅读

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#c++ #算法 #开发语言

于 2025-09-16 22:26:45 首次发布

1.string类的介绍

C语言中，字符串是以'\0'结尾的一些字符的集合，为了操作方便，C标准库中提供了一些str系列的库函数，但是这些库函数与字符串是分离开的，不太符合OOP的思想，而且底层空间需要用户自己管理，稍不留神可能还会越界访问。
在OJ中，有关字符串的题目基本以string类的形式出现，而且在常规工作中，为了简单、方便、快捷，基本都使用string类，很少有人去使用C库中的字符串操作函数。

在使用string类时，必须包含#include<string.h>以及using namespace std;

2.string的常见接口函数

<string> - C++ Reference

对象的常见构造有1（空字符串），2（用给定的char数组初始化），4（用已经初始化的字符串初始化）

string s1;//构造空字符串
string s2("hello world");
string s3(s2);//拷贝构造s3

常见的容量操作有size,empty,reserve（开空间）,resize（开空间+填值初始化）

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。

常见的访问对象的操作：[]访问，迭代器访问（任何容器），范围for

operator[]（类似于数组对下标的访问）最常用

begin获取string第一个字符的迭代器，end获取最后一个字符的下一个位置（\0）迭代器

rbegin获取最后一个字符的迭代器，rend获取第一个字符的前一个位置的迭代器

范围for,底层实现是迭代器，具体操作取string中每一个字符赋值给临时变量。

举上述三个例子更好理解，实现遍历字符串输出内容：

string s1("hello!");
for(int i=0;i<s1.size();i++)
{
cout<<s1[i]<<" ";
}
string::iterator it=s1.begin();
while(it!=end())
{
cout<<*it<<" ";
++it;
}
for(auto e:s1)
{
cout<<e<<"";
}

常见的修改操作：push_back(在字符串后尾插字符）append和operator+=(在字符串后追加字符串），c_str，find+npos

string s;
s.push_back('a');//s+='a';
s.append("bc");//s+="bc";

用find分离网址：协议+域名+资源名

to_string 将其他类型转为string，stoXXX将string类转换为XXX类型

3.string浅拷贝问题：

看以下代码有什么问题

/*String()
:_str(new char[1])
{*_str = '\0';}
*/
//String(const char* str = "\0") 错误示范
//String(const char* str = nullptr) 错误示范
String(const char* str = "")
{
if (nullptr == str)
{
assert(false);
return;
}
_str = new char[strlen(str) + 1];
strcpy(_str, str);
}
~String()
{
if (_str)
{
delete[] _str;
_str = nullptr;
}
}
private:
char* _str;
};
// 测试
void TestString()
{
String s1("hello bit!!!");
String s2(s1);
}

上述String类没有显式定义其拷贝构造函数与赋值运算符重载，此时编译器会合成默认的，当用s1构造s2时，编译器会调用默认的拷贝构造。最终导致的问题是，s1、s2共用同一块内存空间，在释放时同一块空间被释放多次而引起程序崩溃，这种拷贝方式，称为浅拷贝。

引用计数：用来记录资源使用者的个数。在构造时，将资源的计数给成1，每增加一个对象使用该资源，就给计数增加1，当某个对象被销毁时，先给该计数减1，然后再检查是否需要释放资源，如果计数为1，说明该对象时资源的最后一个使用者，将该资源释放；否则就不能释放，因为还有其他对象在使用该资源。

应对方法：

1.构造了两个对象，会对同一个空间析构两次 - >引用计数

2.其中一个对象改变会影响另一个 - >写的时候只要引用计数不是1，就深拷贝

4.string模拟实现

1.string区别于char数组最大的特点是末尾会有一个\0。初始化，插入，删除数据的时候不要忘记添加。

2.不能使用strcpy,strcmp等函数来拷贝原string的数据，他们遇到\0会停止。防止特殊字符串中间含\0，没有读取到后续的字符串。应该用memcpy,memcmp代替。

3.重载>>时，为了避免浪费空间，选择一直在buff数组上存储数据，防止空间开的过大或过小。

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace bit
{
    class string
    {

        friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s);

        friend istream& operator>>(istream& _cin, bit::string& s);

    public:

        typedef char* iterator;

    public:

        string(const char* str)
            :_str(new char[strlen(str) + 1]), _capacity(strlen(str)), _size(strlen(str))
        {
            memcpy(_str, str, _size + 1);
            std::cout << "string(const char* str = "")"<<endl;
        };

        string(const string& s)
        {
            _str = new char[s._capacity + 1];
            _capacity = s._capacity;
            _size = s._size;
            memcpy(_str, s._str, _size + 1);
            std::cout << "string(const string & s)"<<endl;
        };
        string()
            :_str(new char[1]),_capacity(0),_size(0)
        {
            _str[0] = '\0';
            std::cout << " string()"<<endl;
        }

        //string& operator=(const string& s)
        //{
        //    if (this != &s)
        //    {
        //        char*tmp= new char[s._capacity + 1];
        //        memcpy(tmp, s._str, _size + 1);
        //        delete[] _str;
        //        _str = tmp;
        //        _capacity = s._capacity;
        //        _size = s._size;
        //        
        //    }
        //    return *this;
        //};
        void Swap(string& s)
        {
            std::swap(_str, s._str);
            std::swap(_capacity, s._capacity);
            std::swap(_size, s._size);
        }
        string& operator=(string s)
        {
            Swap(s);
            return *this;
        }
        ~string()
        {
            delete[] _str;
            _capacity = _size = 0;
            std::cout << "~string()"<<endl;
        };



        ////////////////////////////////////////////////////////////////

        // iterator

        iterator begin()
        {
            return _str;
        };

        iterator end()
        {
            return _str + _size;
        };

        const iterator begin() const
        {
            return _str;
        }

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

        //    /////////////////////////////////////////////////////////////

        //    // modify

        void push_back(char c)
        {
            if (_capacity == _size)
            {
                reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);
            }
            _str[_size] = c;
            _size++;
            _str[_size] = '\0';
        };

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

        void append(const char* str)
        {
            int len = strlen(str);
            if (len + _size > _capacity)
            {
                reserve(len + _size);
            }
            memcpy(_str + _size, str, len + 1);
            _size += len;

        }

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

        void clear()
        {
            _str[0] = '\0';
            _size = 0;
        }
        ///////////////////////////////////////////////////////////////

        //// capacity
        const char* c_str() const
        {
            return _str;
        }

        size_t size()const
        {
            return _size;
        }

        size_t capacity()const
        {
            return _capacity;
         }

        bool empty()const
        {
            return _size == 0;
          }

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

        void reserve(size_t n)
        {
            if (_capacity < n)
            {
                char* tmp = new char[n+1];
                memcpy(tmp, _str, _size + 1);
                delete[]_str;
                _str = tmp;
                _capacity = n;
            }
            cout << _capacity << endl;
        }



        ///////////////////////////////////////////////////////////////

        //// access

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

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



        ///////////////////////////////////////////////////////////////

        ////relational operators
        bool operator==(const string& s)
        {
            return (_size == s._size) && (memcmp(_str, s._str, _size) == 0);
   
        };
        bool operator<(const string& s)
        {
            int ret=memcmp(_str, s._str, min(_size, s._size));
            return ret == 0 ? _size < s._size : ret < 0;
        }

        bool operator<=(const string& s)
        {
            return *this == s || *this < s;
        }

        bool operator>(const string& s)
        {
            return !(*this <= s);
        }

        bool operator>=(const string& s)
        {
            return !(*this < s);
        }

        bool operator!=(const string& s)
        {
            return !(*this == s);
        }



        // 返回c在string中第一次出现的位置

        size_t find(char c, size_t pos = 0) const
        {
            assert(pos < _size);
            for (size_t i=pos; i < _size; i++)
            {
                if (_str[i] == c)return i;
            }
            return -1;
        }

        // 返回子串s在string中第一次出现的位置

        size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const
        {
            assert(pos < _size);
            const char* tmp = strstr(_str, s);
            if (tmp)
            {
                return tmp - _str;
            }
            return -1;
        }

        // 在pos位置上插入字符c/字符串str，并返回该字符的位置

        string& insert(size_t pos, char c)
        {
            assert(pos <= _size);
            if(_capacity==_size)
            reserve(_size + 1);
            _size++;
            for (size_t i = _size; i >= pos + 1; i--)
            {
                _str[i] = _str[i - 1];
            }
            _str[pos] = c;
            return *this;
        }

        string& insert(size_t pos, const char* str)
        {
            assert(pos <= _size);
            size_t len = strlen(str);
            if (_capacity < _size + len)
            {
                reserve(_size + len);
            }
            _size += len;
            for (size_t i = _size; i >=pos+len; i--)
            {
                _str[i] = _str[i - len];
            }
            memcpy(_str + pos, str, len);
            return *this;
        }
      

        string& erase(size_t pos, size_t len)
        {
            assert(pos < _size);
            if (len==-1||pos + len > _size)
            {
                _str[pos] = '\0';
                _size = pos;
            }
            else {
                for (size_t i = pos; i <_size-len; i++)
                {
                    _str[i] = _str[i + len];
                }
                _size -= len;
                _str[_size] = '\0';
               
            }
            return *this;
        }
   
    private:

        char* _str;

        size_t _capacity;

        size_t _size;

    };
   ostream& operator<<(ostream& _cout, const bit::string& s)
    {
       for (auto ch : s)
       {
           _cout << ch;
       }
       return _cout;
    }
   istream& operator>>(istream& _cin, bit::string& s)
   {
       s.clear();//清除上一次读取的数据
       char ch = _cin.get();
       // 处理前缓冲区前面的空格或者换行
       while (ch == ' ' || ch == '\n')
       {
           ch = _cin.get();//不处理，get自动会跳过之前的空格和换行
       }
       char buff[128] = { 0 };
       int i = 0;
       while (ch != ' ' && ch != '\n')
       {
           buff[i++] = ch;
           if (i == 127)
           {
               buff[i] = '\0';
               s += buff;
               i = 0;
           }
           ch = _cin.get();
       }
    //当缓冲区满 127 个字符时，就把内容追加到结果字符串
       if (i != 0)
       {
           buff[i] = '\0';
           s += buff;
       }
       return _cin;
   }
};