C++之string类的实现代码及其详解(下)

 我们在使用C++STL库里面的string的时候，我们可以直接通过运算符来进行大于，小于或者各类运算，这个便是我们在string这个类里面对运算符进行了重载，使它有了新的意思。

 1. operator[]

以下这个代码是类的下标运算符重载。这个函数允许对象像数组一样使用方括号[]来访问其内部字符元素，并返回指定位置字符的引用。

就比如说pos等于3，就是把这个_str里面第三个给取出来。举个例子，现在有一个string s1，

然后s1[3]就是把s1里面从前往后数第三个字符给return。我们可以把重载后的[]当做一个函数。  

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

2. operator=

这个运算符重载的作用就是实现赋值。

在这里面，这个this叫做this指针，是指向被赋值的对象。举个例子，现在有一个string a，我们对他进行a=b的操作，那么这个this就是指向a的。

我们通过this指针来判断被赋值的对象（a）和赋值对象（b）是否相等，如果已经相等那就没有判断的必要，如果进入if里面的话就先开辟一个b大小的空间，然后把b里面的东西复制进入这个空间里面并销毁a里面原先空间的内容，然后把新开辟的内存全部叫给a，从而实现赋值。

PS：各位看到这里不知道有没有去想一想为什么不可以直接让a指向b不就好了吗？这是因为这种方法叫做浅拷贝，而浅拷贝会触发两个问题。第一就是我们在改变a或b的时候会让另一个也被改变。第二就是我们在delete的时候会对同一个空间析构两次。

string& operator=(const string& s)
{if (this != &s){char* tmp = new char[s._capacity + 1];memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;
}

3. operator+=

这个加等我们可以把他理解为push_back。可能有人会想明明有push_back了为什么还要这个+=呢？其实就是为了更方便的去编写代码。

这个没什么好说的，就是先push_back然后返回被添加对象的开头位置。

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

这个的话就是添加字符串的时候用的，加上const是因为const char* str表示指针指向的字符串内容不能被修改。因为operator+=的功能是“把str追加到当前字符串后”，而不是修改str本身，加const可以防止函数内部意外修改str的内容，也能接收const类型的字符串（比如字面量"abc"，它本身就是const char*类型）。

如果参数不带const（即char* str），那么当传入一个常量字符串（如"test"）时，会因为类型不匹配（const char*无法隐式转换为char*）而编译报错。所以带const是更通用、更安全的设计。

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

4.  operator<

这个的话就是比较两个string类的大小，如果是符合小于的话就会返回true，否则返回false。

PS:string大小是按字符的ASCII值逐个比较

    1.    从两个字符串的第一个字符开始，依次对比对应位置的字符。

    2.    当遇到第一对不相等的字符时，直接根据这两个字符的ASCII值判断大小：ASCII值小的字符所在的字符串更小。

    3.    如果所有字符都相同，则较短的字符串更小；若长度也相同，则两个字符串相等（返回false）。

例如：

    •    "apple" < "banana"：第一个字符'a'（ASCII 97） < 'b'（ASCII 98），所以前者更小。

    •    "app" < "apple"：前3个字符相同，前者长度更短，所以更小。

这个函数逐字符比较当前字符串（this）与参数字符串s：首先同步遍历两个字符串的每个字符，若发现不同字符，则根据该字符的 ASCII 值判断大小并立即返回结果；若所有已遍历字符均相同，则在循环结束后比较剩余长度，若当前字符串先结束（更短）则返回true，否则返回false。例如，比较"abc"和"abd"时，会在第三个字符处因'c' < 'd'返回true；比较"abc"和"abcd"时，循环结束后因当前字符串更短而返回true。

bool operator<(const string& s) const
{size_t i1 = 0;size_t i2 = 0;while (i1 < _size && i2 < s._size){if (_str[i1] < s._str[i2]){return true;}else if (_str[i1] > s._str[i2]){return false;}else{++i1;++i2;}}if (i1 == _size && i2 != s._size){return true;}else{return false;}
}	

5.  operator==

这个函数就是判断两个string类是否是否相等，如果相等就返回true，否则返回false。

我们在这里通过逻辑运算符，比较两个size是否相等和memcpy是否成功（成功返回0）来直接判断。

bool operator==(const string& s) const
{return _size == s._size &&memcmp(_str, s._str, _size) == 0;
}

6. operator<= 

这个的话就是比较两个string类的大小，如果是符合小于等于的话就会返回true，否则返回false。

因为我们已经实现了<和==，所以我们在这里直接

7. operator> 

这个的话就是比较两个string类的大小，如果是符合大于的话就会返回true，否则返回false。

这边也是，因为不是小于等于就是大于。

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

8. operator>=

这个的话就是比较两个string类的大小，如果是符合大于的话就会返回true，否则返回false。

这个也是一样的道理，对小于取反就可以了。

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

9. operator<<

这段代码定义了一个针对 struggle::string 类型的输出流运算符重载函数。它允许使用 << 运算符将 struggle::string 对象直接输出到标准输出流（如 cout）或其他输出流中。

函数遍历 s 中的每个字符，依次将其写入输出流 out，最后返回流的引用以支持链式输出（如 cout << s1 << s2）。这种实现方式假设 struggle::string 是一个类似标准库 std::string 的自定义字符串类，支持范围 - based for 循环（即提供了迭代器接口）。

PS:std是因为ostream和operator<<的输出流相关功能属于 C++ 标准库的命名空间std。ostream是所有输出流类型的基类，所以在这里写的是这个。

std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const struggle::string& s)
{for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}

10. operator>>

这个的话就是模拟string的流输入，把内容流入所创建的string类中。

当然我们在一开始要清空原先在里面的内容，然后在读入的同时去掉空格，接着开始重复读入（如果读入满了那就先放入新的string里面然后接着读入）。最后那个if(i != 0)的作用是处理最后一批未填满缓冲区的字符。

std::istream& operator>>(std::istream& in, struggle::string& s)
{s.clear();char ch = in.get();while (ch == ' ' || ch == '\n'){ch = in.get();}char buff[256];int i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 255){buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}

11. 总结 

到这里我们的string就基本上讲完了，运算符重载让字符串操作更直观；而push_back等接口函数则从底层支撑起字符添加、长度管理等基础功能。两者结合，既保证了使用的便捷性，又通过内存安全处理，实现了一个可靠的字符串类，也深化了对类封装与内存管理的理解。以下是string的完整代码。

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<assert.h>
#include<string.h>
#include<iostream>
namespace struggle
{class string{public:typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin(){return _str;}iterator end(){return _str + _size;}const_iterator begin() const{return _str;}const_iterator end() const{return _str + _size;}string(const char* str = ""){_size = strlen(str);_capacity = _size;_str = new char[_capacity + 2];memcpy(_str, str, _size+1);}string(const string& s){_str = new char[s._capacity + 2];memcpy(_str, s._str,s._size+1);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}~string(){delete[]_str;_str = nullptr;_size = _capacity = 0;}const char* c_str() const{return _str;}size_t size() const{return _size;}size_t capacity() const{return _capacity;}char& operator[](size_t pos){assert(pos < _size);return _str[pos];}void reserve(size_t n){if (n > _capacity){char* tmp = new char[n + 2];memcpy(tmp, _str, _size+1);delete[] _str;_str = tmp;_capacity = n;}}void push_back(char ch){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+2);}memcpy(_str + _size, str, len+1);_size += len;}string& operator=(const string& s){if (this != &s){char* tmp = new char[s._capacity + 1];memcpy(tmp, s._str, s._size + 1);delete[] _str;_str = tmp;_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;}string& operator+=(char ch){push_back(ch);return *this;}string& operator+=(const char* str){append(str);return *this;}void insert(size_t pos, size_t n, char ch){assert(pos <= _size);if (_size + n > _capacity){reserve(_size + n + 2);}size_t end = _size;while (end >= pos && end != npos){_str[end + n] = _str[end];--end;}for (size_t i = 0; i < n; ++i){_str[pos+i] = ch;}_size += n;}void insert(size_t pos, const char* str){assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (len + _size >= _capacity){reserve(len + _size + 2);}size_t end = _size;while (end >= pos && end != npos){_str[end + len] = _str[end];--end;}for (size_t i = 0; i < len; ++i){_str[pos + i] = str[i];}_size += len;}void erase(size_t pos, size_t len = npos){assert(pos <= _size);if (len == npos || pos + len >= _size){_str[pos] = '\0';_size = pos;//_str[_size] = '\0';}else{size_t end = pos + len;while (end <= _size){_str[pos++] = _str[end++];}_size -= len;}}size_t find(char ch, size_t pos = 0){assert(pos <= _size);for (size_t i = pos; i <= _size; ++i){if (_str[i] == ch){return i;}}return npos;}/*size_t find(const char* str, size_t pos = 0){assert(pos <= _size);for (size_t i = pos; i <= _size; ++i){if (_str[i] == str){return i;}}return npos;}}*/string substr1(size_t pos = 0, size_t len = npos){assert(pos < _size);size_t n = len;if (len == npos || pos + len > _size){n = _size - pos;}string tmp;tmp.reserve(n);for (size_t i = pos; i < pos + n; ++i){tmp += _str[i];}return tmp;}string substr2(size_t pos = 0, size_t len = npos){assert(pos < _size);size_t n = len;if (len == npos || pos + len > _size){n = _size - pos;}string tmp;tmp.reserve(n);for (size_t i = pos; i < pos + n; ++i){for (size_t x = 0; x < n; ++x){tmp[x] = _str[i];}}return tmp;}void resize(size_t n, char ch = '\0'){if (n < _size){_size = n;_str[_size] = '\0';}else{reserve(n);for (size_t i = _size; i < n; i++){_str[i] = ch;}_size = n;_str[_size] = '\0';}}bool operator<(const string& s) const{size_t i1 = 0;size_t i2 = 0;while (i1 < _size && i2 < s._size){if (_str[i1] < s._str[i2]){return true;}else if (_str[i1] > s._str[i2]){return false;}else{++i1;++i2;}if (i1 == _size && i2 != s._size){return true;}else{return false;}}}bool operator==(const string& s) const{return _size == s._size &&memcmp(_str, s._str, _size) == 0;}bool operator<=(const string& s) const{return *this < s || *this == s;}bool operator>(const string& s) const{return !(*this <= s);}bool operator >=(const string& s) const{return !(*this < s);}bool operator !=(const string& s) const{return !(*this == s);}void clear(){_size = 0;_str[_size] = '\0';}private:size_t _size;size_t _capacity;char* _str;public:const static size_t npos;};const size_t string::npos = -1;
}std::ostream& operator<<(std::ostream& out, const struggle::string& s)
{for (auto ch : s){out << ch;}return out;
}std::istream& operator>>(std::istream& in, struggle::string& s)
{s.clear();char ch = in.get();while (ch == ' ' || ch == '\n'){ch = in.get();}char buff[256];int i = 0;while (ch != ' ' && ch != '\n'){buff[i++] = ch;if (i == 255){buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}ch = in.get();}if (i != 0){buff[i] = '\0';s += buff;}return in;}