C++——模拟实现string

1.再谈string

string为什么要被设计成模板？日常使用string好像都是char*，char*不够使用吗，为什么要设计成模板呢？

1.1 关于编码

//计算机的存储如何区分呢？int main()
{//比如在C语言中，有整型//如果是有符号的话，设计了原、反、补码//负数要存储它的补码，方便运算//浮点数要设计到存精度等问题int a = 0;return 0;
}

那么如何去更好地表示其它的各种文字呢？

1.2 ASCII编码

ASCII_百度百科 (baidu.com)

ASCII编码表示美国信息技术的编码，在一开始设计时，只考虑了存储美国的文字信息

内存中存储字母时，不会把字母存储进去，内存中都是0、1组合的二进制代码，所以，要在二进制代码代表的值与符号间，建立一个一一映射对应的关系，这个关系表，一般称为编码表


ASCII表就是值与美国的文字所建立的拥有一一映射对应的关系的编码表

int main()
{	char str[] = "hello world";return 0;
}//要显式时，发现它是字符串，会去查它的编码表

1.3 unicode

统一码_百度百科 (baidu.com)

计算机向全世界推广后，不单单需要能够表示汉字，还需要能够表示其他国家的文字符号，有些国家的文字比较简单，有些可能比汉字还要复杂。因此，设计出了万国码。

所以要表示汉字，也要使得每个汉字都对应一个数字
那如何表示汉字呢？也是用一个byte表示一个汉字吗？
要知道1个byte才8个bit位，这样的话才只能表示256个汉字，显然不能很好地表示

方案有三种：

1.3.1 UTF-8

int main()
{//UTF-8   主流使用，一个值可能在多个字节上面存储//但windows喜欢使用gbk，linux喜欢使用UTF-8char str1[] = "hello world";//12bytechar str2[] = "工大";//5bytechar str3[] = "工大 hello";//可以混着使用，11bytecout << sizeof(str1) << endl;cout << sizeof(str2) << endl;cout << sizeof(str3) << endl;char* a = str3;cout << *a << endl;return 0;
}

UTF-8的缺点：变长，意味着识别比较复杂，太不统一，比如做屏蔽时；
或是有些情况下文字不需要兼容ASCII，这时就要使用其它方式了

1.3.2 UTF-16

1.3.3 UTF-32

1.4设计成模板的原因

int main()
{//为了更好地兼容这两种编码，类型进行了延申//C++11之前，设计出了宽字节，一个char占据2byte//用来更好地表示其它的编码，比如UTF-16wchar_t ch1;	//宽字节cout << sizeof(ch1) << endl;//2bytechar16_t ch2;char32_t ch3;cout << sizeof(ch2) << endl;//2bytecout << sizeof(ch3) << endl;//4bytereturn 0;
}

这也是string要设计成模板的原因，它可以传不同的模板参数，比如char16_t、char32_t等，可以适用不同的编码，表示更多国家的不同的文字。

1.5何为乱码

比如某文字默认使用UTF-8来存储，但显示时没有使用对于的编码表来查找，就会出现乱码。
存储格式和解释方式没有对应起来

1.6GBK

GBK字库_百度百科 (baidu.com)

虽然unicode是全世界的编码，但它未必非常适合汉字的表达。GBK是中国创造的、更适合汉字表达的编码表。

int main()
{char s1[] = "你好!!";s1[0]++;//陪s1[0]++;s1[0]++;s1[0]++;s1[3]++;//耗s1[3]++;s1[3]++;//号//在净网行动中非常有用//黑名单词库return 0;
}

2.模拟实现string

2.1无参的构造和析构

//string.h#pragma oncenamespace jxy
{class string{public://初始化的顺序是按照声明的顺序，而不是初始化列表出现的顺序string(const char* str):_size(strlen(str)),_capacity(_size)//capacity一般不算'\0'{_str = new char[_capacity+1];//开空间时要多开一个strcpy(_str, str);//strcpy会把'\0'也拷贝过去}~string(){delete[] _str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}const char* c_str() const{return _str;}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;};void test_string1(){string s1("hello world");cout << s1.c_str() << endl;}
}//Test.cpp#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include<iostream>
//这里间接包了string的相关函数//#include"string.h"
//注意，如果写在这里可能会报错，因为std的展开在下面
//编译器为了追求编译速度，只会向上查找using namespace std;
#include"string.h"//编译器实际编译时是没有.h的，在预处理阶段就在.c或者.cpp展开了int main()
{jxy::test_string1();return 0;
}

2.2单参数的构造

错误示范：

namespace jxy
{class string{public:string():_str(nullptr),_size(0),_capacity(0){}};void test_string1(){string s2;cout << s2.c_str() << endl;//这样会崩溃//char*有个特点，自定义类型识别会以字符串去识别，会直接去解引用，遇到'\0'才终止//这里空指针解引用就会出错std::string s1;cout << s1.c_str() << endl;//库里面的是没问题的}
}

正确写法1：

namespace jxy
{class string{public:string():_str(new char[1]{'\0'})//这里需要开空间,_size(0),_capacity(0){//_str[0] = '\0';//或者在这里初始化}};void test_string1(){string s2;cout << s2.c_str() << endl;}
}

正确写法2：在无参构造处给上缺省参数

namespace jxy
{class string{public://const char* str="\0" 这样写不够规范string(const char* str="")//C语言规定常量字符串后面默认有'\0':_size(strlen(str)),_capacity(_size){_str = new char[_capacity+1];strcpy(_str, str);}};void test_string1(){string s2;cout << s2.c_str() << endl;}
}

2.3 size、capacity和c_str

namespace jxy
{class string{public:size_t capacity() const{return _capacity;}size_t size() const{return _size;}const char* c_str() const{return _str;}};private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;
}

2.4遍历数组

2.4.1[]

namespace jxy
{class string{public:char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}const char& operator[](size_t pos) const//给const对象使用{assert(pos < _size);return _str[pos];}};
//...
}

2.4.2迭代器

namespace jxy
{class string{public:typedef char* iterator;//迭代器可以实现成指针，也可以不//可以使用原生指针来代替iteratoriterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str+_size;}};
//...
}

2.4.3范围for

namespace jxy
{class string{//...};void test_string2(){//1. []string s1("hello world");for (size_t i = 0; i <s1.size() ; i++){cout << s1[i] << " ";}cout << endl;//2.迭代器string::iterator it=s1.begin();//在里面typedef的或者是内部类while (it != s1.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;//3.范围for//这里还支持范围forfor (auto ch : s1)//底层代码和上面的迭代器类似{//auto ch = *it;cout << ch << " ";}cout << endl;//范围for的本质是替换成迭代器，编译时直接替换过去//而且有很严格的规范，名字变化一下都是不可以的}
}

2.5复用reserve实现尾插

实现尾插的三种方式：

1.push_back

2.append

3.+=

namespace jxy
{class string{public:void reserve(size_t n){assert(n > _capacity);char* str1 = new char[n+1];//失败会抛异常strcpy(str1,_str);//会把'\0'拷贝过去delete[] _str;//越界会在这里崩溃_str = str1;_capacity = n;}void push_back(char ch){//扩容问题if (_size == _capacity){reserve(_capacity==0 ? 4 :_capacity * 2);}_str[_size] = ch;_size++;_str[_size] = '\0';}void append(const char* str){size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size + len);}strcpy(_str + _size, str);_size += len;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}
//...};void test_string3(){string s1("hello world");cout << s1.c_str() << endl;s1.push_back('0');cout << s1.c_str() << endl;s1.append("hello lxy");cout << s1.c_str() << endl;s1 += '$';cout << s1.c_str() << endl;s1+="hellox";cout << s1.c_str() << endl;}
}

2.6 insert和erase

insert错误写法：

namespace jxy
{class string{public:void insert(size_t pos,char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}size_t end = _size;//头插会出问题，这里是无符号数//int end = _size; //改为有符号数也是行不通的//在操作符，如 >= 两边，类型不同时，会发生类型提升//这里end虽然是有符号数，但会被提升成无符号数while (end >= pos){_str[end + 1] = _str[end];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}
//...};void test_string4(){string s1("hello world");cout << s1.c_str() << endl;s1.insert(5, '#');cout << s1.c_str() << endl;s1.insert(s1.size(), '#');cout << s1.c_str() << endl;s1.insert(0, '#');//头插cout << s1.c_str() << endl;}}

正确写法1：

namespace jxy
{class string{public:void insert(size_t pos,char ch){assert(pos <= _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++;}
//...};
}

正确写法2：

namespace jxy
{class string{public:void insert(size_t pos,char ch){assert(pos <= _size);if (_size == _capacity){reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);}int end = _size;while (end>=(int)pos)//或者把这里强转一下，避免出现类型提升{_str[end] = _str[end-1];end--;}_str[pos] = ch;_size++;}
//...};
}

namespace jxy
{class string{public:void insert(size_t pos,size_t len=npos){}void insert(size_t pos,const char* str){}void erase(size_t pos,size_t len=npos){}private:char* _str;size_t _size;size_t _capacity;//注意//const static size_t npos =-1;  //特例//这里是特殊情况，按理说不能在这里初始化//这里给值给的是缺省值，缺省值是给初始化列表使用的//静态成员变量不会去执行初始化列表，它不属于对象，它属于整个类，按理说要在类外面初始化//但是const修饰的静态的整型可以，所以这里既是定义，又是定义初始化//const static double npos = 1.2;//这样都不会去支持const static size_t npos;};const size_t string::npos = -1;
}

2.7运算符重载

namespace jxy
{class string{public://运算符重载
//设计成非成员函数更好，便于模板的使用bool operator<(const string& str1){return strcmp(_str, str1._str)<0;}bool operator==(const string& str1){return strcmp(_str, str1._str)==0;}bool operator<=(const string& str1){return *this<str1 || *this==str1;}bool operator>=(const string& str1){return !(*this<str1);}bool operator>(const string& str1){return !(*this<=str1);}bool operator!=(const string& str1){return !(*this == str1);}
//...};
}

2.8流插入

namespace jxy
{class string{public:typedef const char* const_iterator;//const迭代器指向的内容不能修改//指针本身可以修改，指向的内容不能修改const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}//...};//没有必要定义为友元，想访问私有成员变量才需要定义为友元ostream& operator<<(ostream& out, const string& s){1.//for (size_t i = 0; i < s.size(); i++)//{//	out << s[i];//}//return out;//2.可以使用范围for，但要替换成const迭代器for (auto ch : s)out << ch;return out;}
}

2.9流提取和clear

namespace jxy
{class string{public:void clear(){_str[0] = '\0';_size = 0;}//...};//没有必要定义为友元，想访问私有成员变量才需要定义为友元istream& operator>>(istream& in,string& s){//流提取要从缓冲区中取一个个的字符s.clear();char ch;//in >> ch; //这样写获取不到空格ch = in.get();while (ch != ' ' && ch != '\n'){s += ch;//in >> ch;ch = in.get();}return in;}void test_string6(){string s1("hello world");cout << s1 << endl;cin >> s1;cout << s1 << endl;}
}

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