手写C++ string类实现详解

类定义

cpp

namespace ym {class string {private:char* _str;        // 字符串数据size_t _size;      // 当前字符串长度size_t _capacity;  // 当前分配的内存容量static const size_t npos = -1;  // 特殊值，表示最大可能位置public:// 构造函数和析构函数string(const char* str = "");string(const string& s);~string();// 迭代器支持typedef char* iterator;typedef const char* const_iterator;iterator begin();iterator end();// ... 其他成员函数};
}

核心功能实现

1. 内存管理

reserve() 函数

cpp

void string::reserve(size_t n) {if (n > _capacity) {char* str = new char[n + 1];  // 多分配1字节存放'\0'strcpy(str, _str);delete[] _str;_str = str;_capacity = n;}
}

push_back() 函数

cpp

void string::push_back(char ch) {if (_size == _capacity) {reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);  // 初始容量为4，之后每次翻倍}_str[_size++] = ch;_str[_size] = '\0';  // 确保字符串始终以'\0'结尾
}

2. 字符串操作

append() 函数

cpp

void string::append(const char* str) {size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity) {reserve(max(_size + len, 2 * _capacity));  // 按需扩容}strcat(_str + _size, str);  // 追加字符串_size += len;
}

insert() 函数

cpp

void string::insert(size_t pos, const char* str) {assert(pos <= _size);size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity) {reserve(_size + len);}// 向后移动字符memmove(_str + pos + len, _str + pos, _size - pos + 1);  // +1包含'\0'// 插入新内容memcpy(_str + pos, str, len);_size += len;
}

3. 运算符重载

赋值运算符

cpp

string& string::operator=(string s) {if (this != &s) {  // 防止自赋值delete[] _str;_str = new char[s._capacity + 1];strcpy(_str, s._str);_size = s._size;_capacity = s._capacity;}return *this;
}

比较运算符

cpp

bool operator<(const string& s1, const string& s2) {return strcmp(s1.c_str(), s2.c_str()) < 0;
}
// 其他比较运算符类似...

4. 流操作符

输出运算符

cpp

ostream& operator<<(ostream& out, const string& s) {for (auto ch : s) {  // 使用范围for循环out << ch;}return out;
}

输入运算符（优化版）

cpp

istream& operator>>(istream& in, string& s) {s.clear();const int N = 256;  // 缓冲区大小char buff[N];int i = 0;char ch;// 跳过前导空白while (in.get(ch) && isspace(ch)) {}// 读取直到遇到空白if (!in.eof()) {do {buff[i++] = ch;if (i == N - 1) {  // 缓冲区快满时buff[i] = '\0';s += buff;i = 0;}} while (in.get(ch) && !isspace(ch));// 处理剩余字符if (i > 0) {buff[i] = '\0';s += buff;}}return in;
}

关键设计点

1. 内存管理：

   • 使用new[]和delete[]手动管理内存

   • 采用指数级扩容策略（初始4，之后每次翻倍）

   • 始终确保字符串以'\0'结尾

2. 异常安全：

   • 赋值运算符使用拷贝交换惯用法

   • 关键操作前进行断言检查

3. 性能优化：

   • 输入操作符使用缓冲区减少扩容次数

   • 使用memmove和memcpy提高大块数据操作效率

4. 标准兼容：

   • 提供迭代器支持

   • 实现完整的比较运算符

   • 支持流操作符

使用示例

cpp

ym::string s1 = "Hello";
ym::string s2 = "World";s1 += " ";
s1 += s2;  // s1变为"Hello World"cout << s1 << endl;  // 输出: Hello Worldym::string s3;
cin >> s3;  // 读取输入