C++之string类的实现代码及其详解(中)

​ 1. string的接口函数代码实现

string本身的设计并不难实现，对于初学者来说难的是他的一些接口函数，接下来我们把一些常用的接口函数实现一下。

1.1 c_str()

这个函数用于返回指向以空字符开头的C风格字符串的指针。这个函数允许string对象与C风格字符串进行交互。

在下面这个代码里面第一个const表示函数返回的是一个指向常量的指针，即不能通过该指针修改所指向的内容，而第二个const表示这个函数是一个常量成员函数，意味着它可以被常量对象调用，且在函数内部不能修改类的非静态成员变量。即前者不能改变指向，后者不能改变被指向的内容。

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

1.2 size()和capacity()

这两个不用多说，一个是求这个string类型的字符串的size，一个是求这个字符串的capacity。

这两个是不一样的，简单来说就是一桶水，size是现在有多少水，capacity是桶的大小。

PS：在后面加const也是说明内容不可修改。

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

1.3 reserve()

reserve(x)就是让这个string类型的字符串的capacity变为x大小（前提是x比capacity大）。

我这边代码就是通过开辟新空间，然后把旧的_str内容memcpy（也就是复制）给tmp，接着把_st所指向的内容给delete了，最后把tmp给_str并且把capacity的大小改为n。

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;}
}

1.4  push_back（）

这个函数就是一个简单的插入，同时函数线检测size和capacity是否已经相等，如果已经相等那就使用reserve对其进行扩容（所以三目运算符是为了防止capacity为0的情况）。又因为size是最后一个的下一个，所以直接_str[_size] = ch，同时++size然后放上\0。

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

​1.5 append（）

append用于在字符串的末尾添加字符或字符串。

PS：我们在这里要和上面的push_back做区分，push_back适合一个一个添加字符，而append适合一口气添加多个字符（我们可以理解为字符的拼接）。

计算源字符串长度，若当前容量不足则调用reserve扩容至_size + len + 1以容纳新内容。随后使用memcpy将源字符串（含终止符）复制到原字符串末尾。

void append(const char* str)
{size_t len = strlen(str);if (_size + len > _capacity){reserve(_size+len+1);}memcpy(_str + _size, str, len);_size += len;
}

1.6 erase（）

简单来说，这个函数就是给一个要开始删除的位置pos和一个要从这个位置开始删除的长度，然后就会执行删除操作。如果失败（即pos比size还要后面）就assert。

PS：这个npos的意思就是说这个参数可以不填，如果不填的话就是删除从pos开始往后面的所有。

if就是说如果要删除的位置比size还要后面的话，那就直接在pos的位置上放上一个\0，通过这样的方式来表示删除，else就是说明是删除pos到size的一段，通过while循环的方式把后面的内容填到前面，然后size减去len。

PS：在if条件里面的删除并不是真的把东西删了，而是采用了一种类似于stream的方式，即当做后面的东西不存在。

PS:我们在这里不用加上\0，因为我们已经把size位置的\0移动到前面来了。

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;}
}

1.7 find（）

find就如同它的字面意思一样用于查找字符串里面的字符或者字符串,如果找到了那就返回那个字符的位置。我们在这里使用size_t的原因是防止超过 INT_MAX 时会溢出。

PS：在这里pos是是开始查找的开始位置。举个例子，

假设字符串是"hello world"（索引0-10）：

    1.    从开头找'l'：

      find('l') → 从索引0开始，找到第一个'l'在索引2，返回2。

    2.    从索引6开始找'l'：

     find('l', 6) → 跳过前6个字符（"hello "），从'w'（索引6）开始找，找到第二个'l'在索引9，返回9。
这个代码很好理解，就是通过从pos的位置开始查找的方式来返回第一个找到的字符的位置。

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;
}

1.8 resize（）

这个函数的作用就是减小或者变大字符串的长度，若 n < 原长度，字符串会（变小截断），若 n > 原长度，字符串会变大（扩展，用ch填充新增部分）。

PS：这里要注意，变小是不会改变内容的，变大才会添加内容。

当新长度n小于当前长度时，直接将长度截断为n并在新末尾添加终止符'\0'；当n大于当前长度时，先调用reserve(n)确保容量足够，然后从原长度位置开始用字符ch（默认'\0'）填充至n位置，最后更新长度为n并添加终止符。该实现确保了字符串始终以'\0'结尾，且扩展时自动扩容并填充指定字符。

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';}
}