【C++】一篇文章带你深入了解string

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一. 为什么学习string？二、 标准库中的string2.1 string介绍2.2 string的常用接口说明2.2.1 string对象的常见构造2.2.1.1 [string()](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/string/) ---- 无参构造函数2.2.1.2 [string(const char* s)](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/string/) ---- 有参构造函数2.2.1.3 [string(size_t n, char c)](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/string/) ---- 有参构造函数2.2.1.4 [string(const string&s)](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/string/) ---- 拷贝构造函数 2.2.2 string对象的容量操作2.2.2.1 [size 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/size/)2.2.2.2 [length 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/length/)2.2.2.3 [capacity 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/capacity/)2.2.2.4[ empty 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/empty/)2.2.2.5 [clear 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/clear/)2.2.2.6 [reserve 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/reserve/)2.2.2.7 [resize 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/resize/) 2.2.3 string对象的访问及遍历操作2.2.3.1 [operator[]](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator%5B%5D/)2.2.3.2 迭代器 [begin ](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/begin/)、[end](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/end/)2.2.3.3 迭代器 [rbegin](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rbegin/) 、[rend](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rend/)2.2.3.4 范围for 2.2.4. string对象的增删查改2.2.4.1 [push_back 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/push_back/)2.2.4.2 [operator+=](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/operator+=/)2.2.4.3 [append 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/append/)2.2.4.4 [insert 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/insert/)2.2.4.5 [erase 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/erase/)2.2.4.6 [npos](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/npos/)2.2.4.7 [c_str 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/c_str/)2.2.4.8 [find 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/find/)2.2.4.9 [rfind 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/rfind/)2.2.4.10 [substr 函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/substr/) 三、string拷贝问题3.1 经典的string问题3.2 浅拷贝3.3 深拷贝3.4 写时拷贝 四、string的模拟实现4.1 string默认成员函数的实现4.2 string 中 c_str 、size 、capacity 和 empty 的实现4.3 string 中 resize 和 reverse 的实现4.4 string 中 push_back 、append 和 operator+= 的实现4.5 string 中 operator[] 的实现4.6 string 中 迭代器 的实现4.7 string 中 operator<< 和 operator>> 的实现4.8 string 中 比较函数 的实现4.9 string 中 find 的实现4.10 string 中 insert 和 erase 的实现4.11 string 中 substr 的实现4.12 string 实现汇总及函数测试 结尾

一. 为什么学习string？

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。

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二、 标准库中的string

2.1 string介绍

string的文档介绍

字符串是表示字符序列的类。标准的字符串类提供了对此类对象的支持，其接口类似于标准字符容器的接口，但添加了专门用于操作单字节字符字符串的设计特性。string是使用char(即作为它的字符类型，使用它的默认char_traits和分配器类型(关于模板的更多信息，请参阅basic_string)。string类是basic_string模板类的一个实例，它使用char来实例化basic_string模板类，并用char_traits和allocator作为basic_string的默认参数(根于更多的模板信息请参考basic_string)。注意，这个类独立于所使用的编码来处理字节:如果用来处理多字节或变长字符(如UTF-8)的序列，这个类的所有成员(如长度或大小)以及它的迭代器，将仍然按照字节(而不是实际编码的字符)来操作。

总结：

string是表示字符串的字符串类该类的接口与常规容器的接口基本相同，再添加了一些专门用来操作string的常规操作。string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_string<char, char_traits, allocator>string;不能操作多字节或者变长字符的序列。

在使用string时，必须包含#include头文件以及using namespace std;

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2.2 string的常用接口说明

2.2.1 string对象的常见构造

2.2.1.1 string() ---- 无参构造函数

构造空的string对象，即空字符串

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s;cout << s <<endl;return 0;}

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2.2.1.2 string(const char* s) ---- 有参构造函数

用C-string来构造string对象

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s << endl;return 0;}

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2.2.1.3 string(size_t n, char c) ---- 有参构造函数

string对象中包含n个字符c

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s(10,'z');cout << s << endl;return 0;}

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2.2.1.4 string(const string&s) ---- 拷贝构造函数

拷贝构造函数

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");string ss(s);cout << s << endl;cout << ss << endl;return 0;}

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2.2.2 string对象的容量操作

2.2.2.1 size 函数

返回字符串有效字符长度

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s.size() << endl;return 0;}

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2.2.2.2 length 函数

返回字符串有效字符长度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()。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s.length() << endl;return 0;}

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2.2.2.3 capacity 函数

返回空间总大小

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s.capacity() << endl;return 0;}

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2.2.2.4 empty 函数

检测字符串释放为空串，是返回true，否则返回false

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s;string ss("chineseprson");cout << s.empty() << endl;cout << ss.empty() << endl;return 0;}

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2.2.2.5 clear 函数

清空有效字符clear()只是将string中有效字符清空，不改变底层空间大小。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s << endl;s.clear();cout << s << endl;return 0;}

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2.2.2.6 reserve 函数

为字符串预留空间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，reserver不会改变容量小。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");s.reserve(30);cout << s << endl;return 0;}

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2.2.2.7 resize 函数

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。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");cout << s << endl;s.resize(30,'6');cout << s << endl;return 0;}

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2.2.3 string对象的访问及遍历操作

2.2.3.1 operator[]

返回pos位置的字符，const string对象调用

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");for (int i = 0; i < s.size(); i++){printf("[%d] : %c\n", i, s[i]);}cout << endl;return 0;}

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2.2.3.2 迭代器 begin 、end

begin 获取第一个字符的迭代器 end 获取最后一个字符下一个位置的迭代器

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");string::iterator it = s.begin();while (it != s.end()){cout << *it << ' ';it++;}cout << endl;return 0;}

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2.2.3.3 迭代器 rbegin 、rend

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

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");string::reverse_iterator it = s.rbegin();while (it != s.rend()){cout << *it << ' ';it++;}cout << endl;return 0;}

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2.2.3.4 范围for

范围for作为C++新出的遍历方法，相对于以前的遍历方式它能够更加简洁的遍历数组、容器等数据结构中的元素。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");for (auto ch : s){cout << ch << ' ';}cout << endl;return 0;}

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2.2.4. string对象的增删查改

2.2.4.1 push_back 函数

在字符串后面加一个字符

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");s.push_back('6');cout << s << endl;s.push_back('6');cout << s << endl;s.push_back('6');cout << s << endl;return 0;}

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2.2.4.2 operator+=

string& operator+= (const string& str);operator+= 能够在字符串最后追加一个string对象内的字符串string& operator+= (const char* s);string& operator+= (char c);operator+= 能够在字符串后面加一个字符或者字符串

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");s += '6';cout << s << endl;s += "666666";cout << s << endl;string ss("牛牛牛");s += ss;cout << s << endl;return 0;}

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2.2.4.3 append 函数

string& append (const string& str);append 函数能够在字符串最后追加一个string对象内的字符串string& append (const string& str, size_t subpos, size_t sublen);append 函数能够在字符串最后追加一个string对象内的字符串的一段字符串string& append (const char* s);append 函数能够在字符串最后追加一个string对象内的字符串string& append (const char* s, size_t n);append 函数还能够在字符串后面追加字符串的前 n 个string& append (size_t n, char c);append 函数能够在字符串后面追加 n 个字符

注意：append 函数与 operator+= 作用有部分相同
若是单纯在字符串后面追加一个字符或者字符串，更习惯使用 operator+=

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");// 追加n个字符s.append(1,'6');cout << s << endl;// 追加一个字符串s.append("666666");cout << s << endl;// 追加一个字符串的前n个s.append("888888888", 3);cout << s << endl;return 0;}

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2.2.4.4 insert 函数

string& insert (size_t pos, const string& str);insert函数能够在字符串任意位置插入一个string容器内的字符串string& insert (size_t pos, const string& str, size_t subpos, size_t sublen);insert函数能够在字符串任意位置插入一个string对象内的字符串的一段字符串string& insert (size_t pos, const char* s);insert函数能够在字符串一段字符串string& insert (size_t pos, const char* s, size_t n);insert 函数还能够在字符串任意位置插入字符串的前 n 个string& insert (size_t pos, size_t n, char c);insert 函数还能够在字符串任意位置插入n个字符

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("student");string ss("test");// 在第三个位置插入strings.insert(1, ss);cout << s << endl;// 在最后插入string的一部分s.insert(s.size(), ss , 0 , 2);cout << s << endl;// 在第一个位置插入strings.insert(0,"666");cout << s << endl;// 其他插入方法一样，这里省略return 0;}

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2.2.4.5 erase 函数

string& erase (size_t pos = 0, size_t len = npos);erase 函数能够删除第 n 个位置后面长度为 len 的字符串如果没有传 len 或是 第 n 个位置后面的字符数小于 len ，则n后面的字符全部删除

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("student");s.erase(4, 2);cout << s << endl;s.erase(1);cout << s << endl;return 0;}

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2.2.4.6 npos

npos的值通常是一个很大的正数，等于-1（当作为无符号数解释时）或等于string::size_type的最大可能值。

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2.2.4.7 c_str 函数

返回C格式字符串

在C++中，printf 是一个C语言函数，它不支持直接打印std::string类型的内容。这是因为 printf 是一个可变参数函数，而 std::string 不是基本数据类型，因此需要转换为C风格字符串才能由 printf 输出。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("chineseprson");printf("%s\n", s);printf("%s\n", s.c_str());return 0;}

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2.2.4.8 find 函数

size_t find (const string& str, size_t pos = 0) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从前往后查找包含 string 对象 str 的字符串的位置size_t find (const char* s, size_t pos = 0) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从前往后查找包含字符串 s 的位置size_t find (char c, size_t pos = 0) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从前往后查找包含字符 c 的位置find 函数若是能找到则返回包含需要查找内容第一个字符位置，否则返回 npos。

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("student test");string str("student");// 查找 str --> 找得到int pos = s.find(str, 0);cout << "str pos : " << pos << endl;// 查找字符串 --> 找得到pos = s.find("test" , 0);cout << "test pos : " << pos << endl;// 查找字符串 --> 找不到pos = s.find("Test", 0);cout << "Test pos : " << pos << endl;// 查找字符 --> 找得到pos = s.find('s', 0);cout << "s pos : " << pos << endl;// 查找字符 --> 找不到pos = s.find('a', 0);cout << "a pos : " << pos << endl;return 0;}

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2.2.4.9 rfind 函数

size_t rfind (const string& str, size_t pos = npos) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从后往前查找包含 string 对象 str 的字符串的位置size_t rfind (const char* s, size_t pos = npos) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从前往后查找包含字符串 s 的位置size_t rfind (char c, size_t pos = npos) const;find 函数能够从第 pos 个位置开始从前往后查找包含字符 c 的位置

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("student test");string str("student");// 查找 str --> 找得到int pos = s.rfind(str, s.size()-1);cout << "str pos : " << pos << endl;// 查找字符串 --> 找得到pos = s.rfind("test", s.size() - 1);cout << "test pos : " << pos << endl;// 查找字符串 --> 找不到pos = s.rfind("test", s.size() - 5);cout << "test pos : " << pos << endl;// 查找字符串 --> 找不到pos = s.rfind("Test", s.size() - 1);cout << "Test pos : " << pos << endl;// 查找字符 --> 找得到pos = s.rfind('s', s.size() - 1);cout << "s pos : " << pos << endl;// 查找字符 --> 找不到pos = s.rfind('a', s.size() - 1);cout << "a pos : " << pos << endl;return 0;}

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2.2.4.10 substr 函数

string substr (size_t pos = 0, size_t len = npos) const;在字符串中从第pos个位置开始截取len个字符返回

#include <iostream>#include <string>using namespace std;int main(){string s("student test");// 在s中从第0个位置开始截取所有字符返回string ss = s.substr(0);cout << ss << endl;// 在s中从第3个位置开始截取3字符返回ss = s.substr(3,3);cout << ss << endl;return 0;}

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三、string拷贝问题

3.1 经典的string问题

上面已经对string进行了简单的介绍，大家只要能够正常使用即可。在面试中，面试官总喜欢让学生自己来模拟实现string，最主要是实现string的构造、拷贝构造、赋值运算符重载以及析构函数。大家看下以下string的实现是否有问题？

// 为了和标准库区分，此处使用Stringclass String{public:    /*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 = "")    {        // 构造String对象时，如果传递nullptr指针，可以认为程序非        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 C++!!!");    String s2(s1);}

说明：上述String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

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3.2 浅拷贝

浅拷贝：也称位拷贝，编译器只是将对象中的值拷贝过来。如果对象中管理资源，最后就会导致多个对象共享同一份资源，当一个对象销毁时就会将该资源释放掉，而此时另一些对象不知道该资源已经被释放，以为还有效，所以当继续对资源进项操作时，就会发生发生了访问违规。

可以采用深拷贝解决浅拷贝问题，即：每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。

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3.3 深拷贝

如果一个类中涉及到资源的管理，其拷贝构造函数、赋值运算符重载以及析构函数必须要显式给出。一般情
况都是按照深拷贝方式提供。

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3.4 写时拷贝

写时拷贝就是一种拖延症，是在浅拷贝的基础之上增加了引用计数的方式来实现的。

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。

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四、string的模拟实现

4.1 string默认成员函数的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        // 这里缺省值给""的原因是空字符串本身就带一个'\0'        // 而不是初始化的时候_str为nullptr        // 初始化列表的顺序应该与声明相同        string(const char* str = "")            :_capacity(strlen(str))            , _size(_capacity)        {            // 多开一个空间用来存放'\0'            _str = new char[_capacity + 1];            strcpy(_str, str);        }// 拷贝构造函数传统写法:        /*string(const string& s)        {            _capacity = s._capacity;            _str = new char[_capacity + 1];            _size = s._size;            strcpy(_str, s._str);        }*/// swap函数void swap(string& s)        {            std::swap(_str, s._str);            std::swap(_capacity, s._capacity);            std::swap(_size, s._size);        }        // 拷贝构造函数现代写法:        // 构造一个使用s构造string对象tmp        // tmp中的内容是this指向的对象所需要的        // 将两个对象的指针交换        // 即可达到我们的目的        string(const string& s)            : _str(nullptr)            , _capacity(0)            , _size(0)        {            string tmp(s._str);            swap(tmp);        }// 赋值重载的传统写法：// 这里的传统写法与上面的拷贝构造的内容几乎相同// 而下面的现代写法复用了拷贝构造// 使得成员函数看起来更加简洁        // 赋值重载 传统写法        /*string& operator=(const string& s)        {            if (this != &s)            {                reserve(s._capacity);                strcpy(_str, s._str);                _capacity = s._capacity;                _size = s._size;            }            return *this;        }*/// 赋值重载的现代写法：// 首先判断是否是自己给自己赋值// 若是直接返回自己，否则进行下面的操作// 利用拷贝构造得来tmp// tmp中的数据是我们需要的数据// 而this指向的数据是我们需要改变的// tmp是临时变量，出了作用域会自动销毁// 我们将tmp的内容和this指向的内容交换// 实质上是两个指针的指向变化// 交换后this指向的内容就是我们需要的，返回// 而tmp中的内容是不需要的，出了作用域自动销毁        // 赋值重载 现代写法        /*string& operator=(const string& s)        {            if (this != &s)            {                string tmp(s);                swap(tmp);            }            return *this;        }*/// 拷贝构造函数的现代写法：// 这个现代写法与上面的本质相同// 这个是不判断是否是自己给自己赋值// 而是传值传参时利用拷贝构造直接得来tmp// 其他步骤相同// 赋值重载 现代写法        string& operator=(string tmp)        {            swap(tmp);            return *this;        }// 析构函数        ~string()        {            delete[] _str;            _str = nullptr;            _size = _capacity = 0;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.2 string 中 c_str 、size 、capacity 和 empty 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;#include <string>namespace aj{    class string    {    public:        void clear()        {            _str[0] = '\0';            _size = 0;        }        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;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.3 string 中 resize 和 reverse 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        // 分三种情况 （n为新字符串的长度）        //  (1) n <= _size        //  (2) n > _size && n <= _capacity        //  (3) n > _capacity        // 第一种情况为缩短，第二三种情况为增长，        // 但第二种情况不需要扩容，第三种情况不需要        // 由于resize内部当传入的参数小于_capacity 时不会扩容        // 所以将第二三种情况放在一起        void resize(size_t n, char c = '\0')        {            if (n <= _size)            {                _str[n] = '\0';                _size = n;            }            else            {                reserve(n);                _capacity = n;                while (_size < n)                {                    _str[_size] = c;                    _size++;                }                // 到这里 _size = n                _str[_size] = '\0';            }        }        void reserve(size_t n)        {            if (n > _capacity)            {                // _capacity 记录的是需要存储有效数据的个数                // 所以我们这里要多开一个空间用来记录'\0'                char* tmp = new char[n + 1];                strcpy(tmp, _str);                delete[] _str;                _str = tmp;                _capacity = n;            }        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.4 string 中 push_back 、append 和 operator+= 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        void push_back(char c)        {            if (_size + 1 > _capacity)            {                // 这里不能盲目的开二倍，因为string可能是空字符串，                // _capacity = 0 , 那么这里的二倍就没有意义，继续下面的操作会报错                reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);            }            _str[_size] = c;            _size++;            _str[_size] = '\0';        }        void append(const char* str)        {            int len = strlen(str);            if (_size + len > _capacity)            {                reserve(_size + len);            }            strcpy(_str + _size, str);            _size += len;        }        string& operator+=(char c)        {            push_back(c);            return *this;        }        void reserve(size_t n)        {            if (n > _capacity)            {                // _capacity 记录的是需要存储有效数据的个数                // 所以我们这里要多开一个空间用来记录'\0'                char* tmp = new char[n + 1];                strcpy(tmp, _str);                delete[] _str;                _str = tmp;                _capacity = n;            }        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.5 string 中 operator[] 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        char& operator[](size_t index)        {            return _str[index];        }        const char& operator[](size_t index)const        {            return _str[index];        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.6 string 中 迭代器 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        typedef char* iterator;        typedef const char* const_iterator;    public:        iterator begin()        {            return _str;        }        iterator end()        {            return _str + _size;        }        const_iterator begin() const        {            return _str;        }        const_iterator end() const        {            return _str + _size;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.7 string 中 operator<< 和 operator>> 的实现

并不是所有的流插入、流提取都需要定义成友元函数，定义成友元函数的目的是为了访问成员的私有，这里不需要访问私有，则不需要定义成友元函数。

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;    ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s)    {        for (auto ch : s)        {            cout << ch;        }        return _cout;    }// 这个版本不好在，没有提前开空间// 即使开空间了，也不知道开多少// 大了浪费，小了又需要很多次扩容    //istream& operator>>(istream& _cin, string& s)    //{    //    // 流插入时需要将string中字符串清除    //    s.clear();    //    char ch = 0;    //    ch = _cin.get();    //    while (ch != ' ' && ch != '\n')    //    {    //        s += ch;    //        ch = _cin.get();    //    }    //    return _cin;    //}    istream& operator>>(istream& _cin, string& s)    {        // 流插入时需要将string中字符串清除        s.clear();        // 定义一个buff数组，作为缓冲        char buff[129] = { 0 };        char ch = 0;        ch = _cin.get();        int i = 0;        while (ch != ' ' && ch != '\n')        {            buff[i] = ch;            ch = _cin.get();            if (i == 128)            {                s += buff;                i = 0;            }            i++;        }        if (i != 0)        {            s += buff;        }        return _cin;    }};

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4.8 string 中 比较函数 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        bool operator<(const string& s)        {            return strcmp(_str, s._str) < 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 strcmp(_str, s._str) == 0;        }        bool operator!=(const string& s)        {            return !(*this == s);        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.9 string 中 find 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        // 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 npos;        }        // 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);            char* ret = strstr(_str, s);            if (ret == nullptr)            {                return npos;            }            return ret - _str;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.10 string 中 insert 和 erase 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        string& insert(size_t pos, char c)        {            assert(pos <= _size);            if (_size + 1 > _capacity)            {                reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);            }            // 注意：无符号整形比较是用补码进行比较            // 当pos = 0，且 i = -1 时 ， 0并不比-1大            // 记得将_size位置上的'\0'也向后移动            // 版本一 存在问题            /*for (size_t i = _size; pos <= i; i--)            {                _str[i + 1] = _str[i];            }*/            // 版本二 将pos转换为有符号整形进行比较            /*for (int i = _size; (int)pos <= i; i--)            {                _str[i + 1] = _str[i];            }*/            // 版本三 将 i 置为_size 的后面从后往前移动，防止了0与-1的比较            for (size_t i = _size + 1; pos < i; i--)            {                _str[i] = _str[i - 1];            }            _str[pos] = c;            _size++;            return *this;        }        string& insert(size_t pos, const char* str)        {            assert(pos <= _size);            int len = strlen(str);            if (_size + len > _capacity)            {                reserve(_size + len);            }            for (size_t i = _size + len; pos < i; i--)            {                _str[i] = _str[i - len];            }            strncpy(_str + pos, str, len);            _size += len;            return *this;        }        string& erase(size_t pos, size_t len = npos)        {            assert(pos < _size);            if (len + pos > _capacity || len == npos)            {                _str[pos] = '\0';                _size = pos;            }            else            {                size_t begin = len + pos;                while (begin <= _size)                {                    _str[pos] = _str[begin];                    pos++;                    begin++;                }                _size -= len;            }            return *this;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.11 string 中 substr 的实现

#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;namespace aj{    class string    {    public:        string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const        {            assert(pos < _size);            string tmp;            int end = pos + len;            if (pos + len > _size || len == npos)            {                len = _size - pos;                end = _size;            }                        // 提前开空间防止扩容            tmp.reserve(len);            for (int i = pos; i < end; i++)            {                tmp += _str[i];            }            return tmp;        }    private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;};

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4.12 string 实现汇总及函数测试

#pragma once#include <iostream>#include <assert.h>using namespace std;#include <string>namespace aj{    class string    {        // friend ostream& operator<<(ostream& _cout, const aj::string& s);        // friend istream& operator>>(istream& _cin, aj::string& s);    public:        typedef char* iterator;        typedef const char* const_iterator;    public:        // 这里缺省值给""的原因是空字符串本身就带一个'\0'        // 而不是初始化的时候_str为nullptr        // 初始化列表的顺序应该与声明相同        string(const char* str = "")            :_capacity(strlen(str))            , _size(_capacity)        {            // 多开一个空间用来存放'\0'            _str = new char[_capacity + 1];            strcpy(_str, str);        }// 拷贝构造函数传统写法:        /*string(const string& s)        {            _capacity = s._capacity;            _str = new char[_capacity + 1];            _size = s._size;            strcpy(_str, s._str);        }*/// swap函数void swap(string& s)        {            std::swap(_str, s._str);            std::swap(_capacity, s._capacity);            std::swap(_size, s._size);        }        // 拷贝构造函数现代写法:        string(const string& s)            : _str(nullptr)            , _capacity(0)            , _size(0)        {            string tmp(s._str);            swap(tmp);        }        // 赋值重载 传统写法        /*string& operator=(const string& s)        {            if (this != &s)            {                reserve(s._capacity);                strcpy(_str, s._str);                _capacity = s._capacity;                _size = s._size;            }            return *this;        }*/        // 赋值重载 现代写法        /*string& operator=(const string& s)        {            if (this != &s)            {                string tmp(s);                swap(tmp);            }            return *this;        }*/// 赋值重载 现代写法        string& operator=(string tmp)        {            swap(tmp);            return *this;        }// 析构函数        ~string()        {            delete[] _str;            _str = nullptr;            _size = _capacity = 0;        }        //        // 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 (_size + 1 > _capacity)            {                // 这里不能盲目的开二倍，因为string可能是空字符串，                // _capacity = 0 , 那么这里的二倍就没有意义，继续下面的操作会报错                reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);            }            _str[_size] = c;            _size++;            _str[_size] = '\0';        }        string& operator+=(char c)        {            push_back(c);            return *this;        }        // 分为两种情况        // (1) 追加后的字符串没有超过_capacity        // (2) 追加后的字符串超过_capacity需要扩容        void append(const char* str)        {            int len = strlen(str);            if (_size + len > _capacity)            {                reserve(_size + len);            }            strcpy(_str + _size, str);            _size += len;        }        string& operator+=(const char* str)        {            append(str);            return *this;        }        void clear()        {            _str[0] = '\0';            _size = 0;        }        void swap(string& s)        {            std::swap(_str, s._str);            std::swap(_capacity, s._capacity);            std::swap(_size, s._size);        }        const char* c_str()const        {            return _str;        }        /        // capacity        size_t size()const        {            return _size;        }        size_t capacity() const        {            return _capacity;        }        bool empty()const        {            return _size == 0;        }        // 分三种情况 （n为新字符串的长度）        // （1）n <= _size        //  (2) n > _size && n <= _capacity        //  (3) n > _capacity        // 第一种情况为缩短，第二三种情况为增长，        // 但第二种情况不需要扩容，第三种情况不需要        // 由于reserve内部当传入的参数小于_capacity 时不会扩容        // 所以将第二三种情况放在一起        void resize(size_t n, char c = '\0')        {            if (n <= _size)            {                _str[n] = '\0';                _size = n;            }            else            {                reserve(n);                _capacity = n;                while (_size < n)                {                    _str[_size] = c;                    _size++;                }                // 到这里 _size = n                _str[_size] = '\0';            }        }        void reserve(size_t n)        {            if (n > _capacity)            {                // _capacity 记录的是需要存储有效数据的个数                // 所以我们这里要多开一个空间用来记录'\0'                char* tmp = new char[n + 1];                strcpy(tmp, _str);                delete[] _str;                _str = tmp;                _capacity = n;            }        }        /        // access        char& operator[](size_t index)        {            return _str[index];        }        const char& operator[](size_t index)const        {            return _str[index];        }        /        //relational operators        bool operator<(const string& s)        {            return strcmp(_str, s._str) < 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 strcmp(_str, s._str) == 0;        }        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 npos;        }        // 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);            char* ret = strstr(_str, s);            if (ret == nullptr)            {                return npos;            }            return ret - _str;        }        string substr(size_t pos = 0, size_t len = npos) const        {            assert(pos < _size);            string tmp;            int end = pos + len;            if (pos + len > _size || len == npos)            {                len = _size - pos;                end = _size;            }                        // 提前开空间防止扩容            tmp.reserve(len);            for (int i = pos; i < end; i++)            {                tmp += _str[i];            }            return tmp;        }                string& insert(size_t pos, char c)        {            assert(pos <= _size);            if (_size + 1 > _capacity)            {                reserve(_capacity == 0 ? 4 : 2 * _capacity);            }            // 注意：无符号整形比较是用补码进行比较            // 当pos = 0，且 i = -1 时 ， 0并不比-1大            // 记得将_size位置上的'\0'也向后移动            // 版本一 存在问题            /*for (size_t i = _size; pos <= i; i--)            {                _str[i + 1] = _str[i];            }*/            // 版本二 将pos转换为有符号整形进行比较            /*for (int i = _size; (int)pos <= i; i--)            {                _str[i + 1] = _str[i];            }*/            // 版本三 将 i 置为_size 的后面从后往前移动，防止了0与-1的比较            for (size_t i = _size + 1; pos < i; i--)            {                _str[i] = _str[i - 1];            }            _str[pos] = c;            _size++;            return *this;        }        string& insert(size_t pos, const char* str)        {            assert(pos <= _size);            int len = strlen(str);            if (_size + len > _capacity)            {                reserve(_size + len);            }            for (size_t i = _size + len; pos < i; i--)            {                _str[i] = _str[i - len];            }            strncpy(_str + pos, str, len);                        _size+=len;            return *this;        }        string& erase(size_t pos, size_t len = npos)        {            assert(pos < _size);            if (len + pos > _capacity || len == npos)            {                _str[pos] = '\0';                _size = pos;            }            else            {                size_t begin = len + pos;                while (begin <= _size)                {                    _str[pos] = _str[begin];                    pos++;                    begin++;                }                _size -= len;            }            return *this;        }            private:        char* _str;        size_t _capacity;        size_t _size;        const static size_t npos;    };    const size_t string::npos = -1;    ostream& operator<<(ostream& _cout, const string& s)    {        for (auto ch : s)        {            cout << ch;        }        return _cout;    }    //istream& operator>>(istream& _cin, string& s)    //{    //    // 流插入时需要将string中字符串清除    //    s.clear();    //    char ch = 0;    //    ch = _cin.get();    //    while (ch != ' ' && ch != '\n')    //    {    //        s += ch;    //        ch = _cin.get();    //    }    //    return _cin;    //}    istream& operator>>(istream& _cin, string& s)    {        // 流插入时需要将string中字符串清除        s.clear();        char buff[129] = { 0 };        char ch = 0;        ch = _cin.get();        int i = 0;        while (ch != ' ' && ch != '\n')        {            buff[i] = ch;            ch = _cin.get();            if (i == 128)            {                s += buff;                i = 0;            }            i++;        }        if (i != 0)        {            s += buff;        }        return _cin;    }    // 测试c_str size capacity resize empty    void test_string1()    {        string s("chineseperson");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << s.empty() << endl;        cout << endl;        s.resize(20, 'c');        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        s.clear();        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s1;        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << s1.empty() << endl;        cout << endl;    }    // 测试 push_back append    void test_string2()    {        string s("chineseperson");        s.push_back('6');        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout <<  endl;        s.append(" hellolllllllllll");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s1;        s1.push_back('6');        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << endl;    }    // 测试 +=  operator[]    void test_string3()    {        string s("chineseperson");        s += '6';        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        s += " hellolllllllllll";        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s1;        s1 += '6';        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << endl;        s1[0]++;        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << endl;    }    // 测试 迭代器 和 范围for    void test_string4()    {        string s("chineseperson");        string::iterator it = s.begin();        while (it != s.end())        {            cout << *it << ' ';            it++;        }        cout << endl;        for (auto ch : s)        {            cout <<ch << ' ';        }    }    // 测试流插入流提取    void test_string5()    {        string s;        cin >> s;        cout << s << endl;    }    // 测试拷贝构造 ， 赋值    void test_string6()    {        string s("chineseperson");        string s1(s);        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << endl;        string s2("hello");        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;        s2 = s;        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;    }    // 测试string比较    void test_string7()    {        string s("chineseperson");        string s1(s);        s1[0]++;        cout << (s < s1) << endl;        cout << (s <= s1) << endl;        cout << (s > s1) << endl;        cout << (s >= s1) << endl;        cout << (s != s1) << endl;        cout << (s == s1) << endl;    }    // 测试 find    void test_string8()    {        string s("chineseperson");        cout << s.find('n') << endl;        cout << s.find('n', 10) << endl;        cout << s.find('a') << endl;        cout << endl;        cout << s.find("esepe") << endl;    }    // 测试insert erase    void test_string9()    {        string s("chineseperson");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        s.insert(0, '6');        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        s.insert(s.size(), '6');        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s1(s);        s.insert(0, "hello ");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        s.insert(s.size(), " Yeah Yeah Yeah !!");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s2(s);        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;        s2.erase(0, 2);        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;        s2.erase(15);        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;        s2.erase(5);        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;    }    // 测试 substr    void test_string10()    {        string s("chineseperson");        cout << s.c_str() << endl;        cout << s.size() << endl;        cout << s.capacity() << endl;        cout << endl;        string s1 = s.substr(2, 5);        cout << s1.c_str() << endl;        cout << s1.size() << endl;        cout << s1.capacity() << endl;        cout << endl;        string s2 = s.substr(2);        cout << s2.c_str() << endl;        cout << s2.size() << endl;        cout << s2.capacity() << endl;        cout << endl;                string tmp("https://legacy.cplusplus.com/reference/string/string/substr/");        int i1 = tmp.find(':', 0);        string ret1 = tmp.substr(0, i1);        cout << ret1.c_str() << endl;        int i2 = tmp.find('/', i1 + 3);        string ret2 = tmp.substr(i1 + 3, i2);        cout << ret2.c_str() << endl;        string ret3 = tmp.substr(i2);        cout << ret3.c_str() << endl;    }};

结尾

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