面试时常考察 String 的细节问题，但由于时间关系，一般要求实现四大默认成员函数构造函数、拷贝构造函数、赋值重载以及析构函数。因为这四大成员函数涉及动态内存管理、深浅拷贝、异常处理等等 C++ 类和对象的基本功，是 string 类实现的重中之重。
String类续 string类针对四大默认成员函数的实现方法分为两种：传统写法和现代写法。区别在于：

1. 传统写法的 string 类，可读性高，
2. 现代写法的 string 类，代码简洁，实现巧妙，代码维护性高。

传统或现代写法只是默认成员函数实现的方式不同，重点在于字符串的构造和拷贝相关注意点。故先实现一个“简洁”的 string 类，只有字符串成员_str，之后下面讲解增删查改时再把_size,_cpaacity完善到类里。

2.1 String 类的传统写法
类的定义

namespace test //定义string类所在命名空间 { //string类 class string { public: string(const char* str); string(const string& s); ~string(); private: char* _str; }; void TestString() //测试函数 { string s1("hello"); string s2(s1); } }

首先定义与库中相同名称的变量，都要先定义出一个命名空间。string类的类体和测试函数都放在该命名空间中。
构造析构

string(const char* str = "") :_str(new char[strlen(str) + 1]) //在堆上开辟和str一样大小的空间 { strcpy(_str, str); } ~string() { delete[] _str; _str = nullptr; }

• 构造函数初始化_str时，不可直接时用str初始化_str，以致_str存储在栈上无法实现增容等一系列操作。须动态开辟一个和str一样大的空间，再将str的内容拷贝到_str中。
  
• 构造函数参数一般采用全缺省的形式，因为string s; 只构造对象不初始化时其值默认为空值""。
  
• 与new[]搭配，使用delete[]释放空间。
  

拷贝构造 实现 string 类的时候，编写拷贝构造函数会涉及“深浅拷贝”的问题。
深浅拷贝

1. 浅拷贝：也称位拷贝，即将对象的值按比特位依次完全地拷贝过来，浅拷贝会带来数据安全方面的隐患；
2. 深拷贝：给每个对象分配独立的资源空间，二者仅空间的内容相同，避免修改一个影响另一个。

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没有显式定义拷贝构造函数，那么编译器将自动生成一个默认的拷贝构造函数，该构造函数完成对象之间的位拷贝。

使用默认的拷贝构造，使得s1和s2两个对象的指针变量指向了同一块空间。从结果上看貌似没什么问题，但当程序结束自动调用析构函数时，就会导致对一块空间重复释放引起程序崩溃。
实际上两个对象应该有各自独立的字符串，拷贝构造应实现二者内容相同，即实现深拷贝而非浅拷贝。深拷贝给每个对象独立分配资源，保证多个对象之间不会因共享资源导致多次释放。

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//拷贝构造 string(const string& s) :_str(new char[strlen(s._str) + 1]) { strcpy(_str, s._str); }

赋值重载

string& operator=(const string& s) { if (this != &s) { // 避免自赋值 char* tmp = new char[strlen(s._str) + 1]; // 先开辟空间再释放原空间 strcpy(tmp, s._str); delete[] _str; //释放后再赋值，避免空间不够或浪费 _str = tmp; } return *this; }

1. 两个对象的_str变量不能直接进行拷贝，因为目标空间大小可能不够需要扩容，空间太大也会浪费空间。所以最好先释放原空间再按照原字符串大小开辟新空间。
2. 须避免自赋值，因为释放_str也就释放了原字符串s._str，然后会导致将乱码拷贝给_str中。
3. 不要将new开辟的空间直接赋值给_str，因为new可能开辟失败抛异常并结束程序，此时已将_str释放掉。最好开辟空间先赋值临时变量，再将临时变量赋值给_str。

2.2 String 类的现代写法

现代写法是 string 的另一种实现写法，实现的更加巧妙而已，当然面试中使用现代写法无疑是加分项。

二者的构造和析构函数都是一样的，现代写法更多是复用构造函数和拷贝构造，将任务交予完成他们完成。
拷贝构造

string(const string& s) : _str(nullptr) { string tmp(s._str); //利用构造函数构造出临时对象 swap(_str, tmp._str); }

1. 必须将字符串_str初始化为空，不然等到出作用域，调用tmp的析构函数时释放tmp._str也就是随机值地址会出错。

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赋值重载

string& operator=(const string& s) { if (this != &s) { string tmp(s); //利用拷贝构造构造出临时对象 swap(_str, tmp._str); } return *this; } // 更精炼版 string& operator=(string s) { swap(_str, s._str); return *this; }

1. _str和tmp._str的交换，达到了一石二鸟的效果：
   
   • 利用临时对象将s的数据交换到了操作对象中，相当于进行了赋值。
   • 和拷贝构造不同的是，_str指向的原有数据，经交换后在析构函数内被tmp._str顺带释放，就无需手动释放了。
2. 更精炼版利用传值调用产生临时拷贝的特点，直接使用s当作临时对象，免去构造临时对象tmp，同时也能达到顺带释放的效果。
   
   • 但由于传值拷贝的特点，无法判断自赋值的情况，不过并不影响程序运行。

2.3 String 类的模拟实现

面试时由于时间关系，只会要求实现简洁的 string 类，因此将完整版 string 实现放在此处，也就是加上了_size和_capacity而已。

/* 传统写法 */ //构造函数 string(const char* str) : _size(strlen(str)) , _capacity(_size) { _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, str); } //拷贝构造 string(const string& s) : _size(s._size) , _capacity(s._capacity) { _str = new char[_capacity + 1]; strcpy(_str, s._str); } //赋值重载 string& operator=(const string& s) { if (this != &s) { char* tmp = new char[s._capacity + 1]; strcpy(tmp, s._str); delete[] _str; _str = tmp; _size = s._size; _capacity = s._capacity; } return *this; } //析构函数 ~string() { delete[] _str; _str = nullptr; _size = 0; _capacity = 0; } /* 现代写法 */ //swap 交换两个对象的成员变量 void swap(string& s) { std::swap(_str, s._str); std::swap(_size, s._size); std::swap(_capacity, s._capacity); } //拷贝构造 string(const string& s) : _str(nullptr) { string tmp(s._str); swap(tmp); } //赋值重载 string& operator=(string s) { swap(s); return *this; }

默认成员函数实现完毕，接下来就是实现 string 类的增删查改的细节。

访问接口 c_str

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

operator[]

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

和标准库中的一样，重载出常函数和非常函数两种版本。常函数的const修饰的是隐含形参this指针，这样使得常对象就自动调用常函数版本。
iterator

//类型重定义 typedef char* iterator; typedef const char* const_iterator; typedef char* reverse_iterator; typedef const char* const_reverse_iterator; //正向迭代器 iterator begin() { return _str; } iterator end() { return _str + _size; } //正向常量迭代器 const_iterator cbegin() const { return _str; } const_iterator cend() const { return _str + _size; }

for-loop 范围 for 循环的使用方式固定，只要遍历的容器支持迭代器，那就支持范围 for。因为范围 for 是根据迭代器的推导来的。

for (auto e : s1) { cout << e << " "; } // 替换成： auto it = s1.begin(); while (it != s1.end()) { cout << *it << " "; it++; }

当迭代器的接口名称不是begin()或end()时，范围 for 就无法成迭代器遍历。

容量接口 size & capacity

size_t size() const { return _size; } size_t capacity() const { return _capacity; }

size和capacity接口返回的是不可修改的常量，故直接实现const版本即可，常对象和普通对象都可以调用。
reverse 当指定大小n大于_capacity时，当前对象增容。

void reserve(size_t n) { if (n > _capacity) { char* tmp = new char[n + 1]; //为'\0'开辟空间 strcpy(tmp, _str); delete[] _str; _str = tmp; _capacity = n; } }

[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-j6HORMKO-1647191752025)(String类续.assets/String类reserve函数实现细节图示.png)]

• 先开辟n+1个字节的空间，将原空间内容拷贝至新空间，再释放原空间并使_str指向新空间。
  
  • _str和tmp指向同一块空间并不会析构两次，重复释放同一块空间，因为它们不是对象不会调用析构函数。
    
  • 这里没有必要交换两个指针，tmp不是对象并不能调用析构自动释放原空间，所以要手动释放。
    

resize resize是直接操作_size进行扩容，将有效字符个数改成 n，多出的空间用字符 c 填充，未指定 c 则初始化为空字符。故分为三种情况：

1. n < _size：指定大小比原长度小，则删去多余的内容；
2. _size <= n <= _capacity：指定大小比容量小，则只扩大字符串的长度 _size；
3. n > _capacity：指定大小比容量大，则先扩充容量，再扩大字符串的长度 _size 。

//1. void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n < _size) { _size = n; _str[_size] = '\0'; } else /* n >= _size */ { if (n > _capacity) { reserve(n); } memset(_str + _size, ch, n - _size); _size = n; _str[_size] = '\0'; } } //2. void resize(size_t n, char ch = '\0') { if (n > _size) { if (n > _capacity) { reserve(n); } memset(_str + _size, '\0', n - _size); } _size = n; _str[_size] = '\0'; }

第一种写法逻辑清晰、可读性高，第二种更简洁。
修改接口 push_back

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

插入一个字符按一般2倍增容对待即可，增容要注意_capacity=0的情况。插入后不能忘记补齐\0。
append

void append(char* str) { size_t len = strlen(str); if (_size + len > _capacity) { //按字符串长度增容 reserve(_size + len); } //1. for (size_t i = 0; i < len; i++) { _str[_size++] = str[i]; } _str[_size] = '\0'; //2. strcpy(_str + _size, str); }

• 插入字符串按字符串长度增容即可，之后插入动作可调用库函数strcpy也可自行用 for 循环实现。
• 插入后记得修改字符串长度_size。

operator+=

void operator+=(char ch) { push_back(ch); } void operator+=(char* str) { append(str); } void operator+=(string& s) { append(s._str); }

三种形式的重载版本直接复用对应的增容函数即可。
insert

string& insert(size_t pos, char ch) { assert(pos <= _size); //== 时尾插 if (_size == _capacity) { reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2); } //后移一位 [pos,_size] size_t end = _size + 1; while (end > pos) { _str[end] = _str[end - 1]; end--; } _size++; _str[pos] = ch; //插入元素 pos return *this; } string& insert(size_t pos, const char* str) { assert(pos < _size); size_t len = strlen(str); if (_size + len >= _capacity) { reserve(_size + len); } //后移len位 [pos,_size] size_t end = _size + 1; while (end > pos) { _str[end - 1 + len] = _str[end - 1]; end--; } _size += len; //插入字符串 pos strncpy(_str + pos, str, len); return *this; } string& insert(size_t pos, const string& s) { assert(pos < _size); insert(pos, s._str); return *this; }

• 插入前须先将元素后移，end从后向前遍历，始终在所移元素的后一个位置，利用str[i]=str[i-1]将元素后移。

文章图片

size_t end = _size; while (end >= pos) //Err::i>=pos，防无符号死循环 { _str[end + 1] = _str[end]; end--; }

上述代码，不注意size_t无符号数死循环的危险。在头插须移动首元素时，end会等于0并执行--操作，无符号数从0减到-1会变成非常大的数2^32-1使得判断条件失效进入死循环。

规避上述错误的方式除了使end指向尾元素的下一个位置，还有将下标转为地址进行比较的方法。但不能将类型转为 int 因为二者进行比较仍会发生整型提升，且使用无符号数是为了能存储更大的数，只要正确规避这些特性就可以写出优秀的代码，不能因噎废食。

erase

string& erase(size_t pos, size_t len) { assert(pos < _size); if (len == npos || pos + len >= _size) { _str[pos] = '\0'; _size = pos; } else //向前移动len位 [pos, pos + len] { strcpy(_str + pos, _str + pos + len); _size -= len; } return *this; }

查找接口 find

size_t find (char ch, size_t pos) const { 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) const { assert(pos < _size); size_t sp = 0; //遍历str size_t s1 = pos, s2 = 0; //s1总指针s2活动指针 while (s1 < _size) { if (_str[s2] == str[sp]) { s2++; sp++; } else { s1++; //不相等s1进位 s2 = s1; //s2归位 sp = 0; //s2归位 } if (str[sp] == '\0') { //str遍历结束 return s2 - strlen(str); } } return npos; } size_t find (const string& s, size_t pos) const { assert(pos < _size); return find(s._str, pos); }

rfind

size_t rfind(char ch, size_t pos) const { assert(pos < _size); for (size_t i = _size; i > pos; i--) { if (_str[i - 1] == ch) { //使用i-1位置进行判断，防无符号死循环 return i - 1; } } return npos; } size_t rfind(const char* str, size_t pos) const { assert(pos < _size); size_t len = strlen(str); size_t sp = len - 1; size_t endNext1 = _size, end2 = _size - 1; //end1总指针end2活动指针 /*endNext1放在end1的下一个位置，防止出现-1死循环的情况*/ while (endNext1 > 0) { if (_str[end2] == str[sp]) { end2--; sp--; } else { endNext1--; //end1--到最后还没找到，导致end1从0减到-1，出现死循环 end2 = endNext1 - 1; sp = len - 1; } if (sp == npos) { return end2 + 1; } } return npos; } size_t rfind(const string& s, size_t pos) const { assert(pos < _size); return rfind(s._str, pos); }

rfind仍要注意无符号数死循环的情况，只要将end指向尾元素的下一个位置即可。
substr

string substr(size_t pos, size_t len) const { assert(pos < _size); if (len == npos) { len = _size; } string ret; for (size_t i = 0; i < len; i++) { ret += _str[pos + i]; } return ret; }

其他接口 operator relation

bool operator==(const char* str) const { if (strcmp(_str, str) == 0) { return true; } return false; } bool operator==(const string& s) const { return _str == s._str; } bool operator!=(const char* str) const { return !(_str == str); } bool operator!=(const string& s) const { return _str != s._str; } bool operator< (const char* str) const { if (strcmp(_str, str) < 0) { return true; } return false; } bool operator< (const string& s) const { return _str < s._str; } bool operator<=(const char* str) const { return _str < str || _str == str; } bool operator<=(const string& s) const { return _str <= s._str; } bool operator> (const char* str) const { return !(_str <= str); } bool operator> (const string& s) const { return _str > s._str; } bool operator>=(const char* str) const { return !(_str < str); } bool operator>=(const string& s) const { return _str >= s._str; }

只要实现出operator==和operator<，其他逻辑复用这两个。
iostream

istream& operator>>(istream&in, string& s) { s.clear(); char ch = in.get(); while (ch != '\0' && ch != '\n') { s += ch; ch = in.get(); } return in; } ostream& operator<<(ostream& out, string& s) { for (auto ch : s) { cout << ch; } return out; }

流插入>>流提取<<操作符的重载不是必须是友元函数，只要不需要访问私有变量就不需要重载成友元。其他如比较操作符的重载同理。
STL中String类的问题 csdn.net
C++面试中string类的一种正确写法 CoolShell
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【C++编程学习指导|C++初阶（String类续）】C++ STL string的 Copy-On-Write 技术 CoolShell

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