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C++string解析深浅拷贝-创新互联

string类 1. 标准库中的string类 1.1 string类（了解）

  1. 字符串是表示字符序列的类

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  2. 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。

  3. string类是使用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)。

  4. 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)。

  5. 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：

  1. string是表示字符串的字符串类

  2. 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

  3. string在底层实际是：basic_string模板类的别名，typedef basic_stringstring;

  4. 不能操作多字节或者变长字符的序列。

1.2 string类的常见接口说明
函数名称功能说明
string()构造空string类对象，即空字符串
string(const char* s)用C-string来构造string类对象
string(size_t n, char c)string类对象中包含n个字符c
string(const string& s)拷贝构造
void test()
{
    string s1;//构造空的string类对象s1
    string s2("hello yhh");//用C-string来构造string类对象
    string s3(s2);//拷贝构造s3
    string s4(8, 'a');//string类对象中含有n个字符C
}
  1. string类对象的容器操作
函数名称共能说明
size返回字符串有效字符长度
length返回字符串有效字符长度
capacity返回空间总大小
empty检测字符串是否为空串，是返回true，否则返回false
clear清空有效字符
reserve为字符串预留空间，不初始化
resize将有效字符的个数改成n个，多出空间用字符C填充，要初始化

注意：

  1. 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()。

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

  3. . 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。

  4. 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，reserve不会改变容量大小

  5. 容量是变大不小

  6. string类对象的访问及遍历操作

    函数名称功能说明
    operator[]返回pos位置的字符，const string类对象调用
    begin+endbegin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭 代器
    rend + rbeginbegin获取一个字符的迭代器 + end获取最后一个字符下一个位置的迭 代器
    范围forC++11支持更简洁的范围for的新遍历方式

  7. string类对象的修改操作

    函数名称功能说明
    push_back在字符串后尾插字符c
    append在字符串后追加一个字符串
    operator+=在字符串后追加字符串str
    c_str返回C格式字符串
    find + npos从字符串pos位置开始往后找字符c，返回该字符在字符串中的位置（找不到返回npos）
    rfind从字符串pos位置开始往前找字符c，返回该字符在字符串中的位置
    substr在str中从pos位置开始，截取n个字符，然后将其返回

    注意：

    1. 在string尾部追加字符时，s.push_back© / s.append(1, c) / s += 'c’三种的实现方式差不多，一般情况下string类的+=操作用的比较多，+=操作不仅可以连接单个字符，还可以连接字符串。

    2. 对string操作时，如果能够大概预估到放多少字符，可以先通过reserve把空间预留好

  8. string类非成员函数

    函数功能说明
    operator+尽量少用，因为传值返回，导致深拷贝效率低
    operator>>输入运算符重载
    operator<<输出运算符重载
    getline获取一行字符串
    relational operators大小比较
2. string模拟实现
namespace yhh
{
	class string
	{
	public:
		typedef char* iterator;
		typedef const char* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _str;
		}

		iterator end()
		{
			return _size + _str;
		}

		const iterator begin() const
		{
			return _str;
		}

		const iterator end() const
		{
			return _size + _str;
		}

		size_t size() const
		{
			return _size;
		}

		size_t capacity()const
		{
			return _capacity;
		}
		char* c_str() const
		{
			return _str;
		}

		string(const char* str = "")
		{
			_size = strlen(str);
			_capacity = _size;
			_str = new char[_capacity + 1];//留给'/0'

			strcpy(_str, str);
		}//构造函数,初始话列表按照声明的顺序初始话


		//传统写法
		//string(const string& s)
		//	:_str(new char[s._capacity+1])
		//	,_size(s._size)
		//	,_capacity(s._capacity)
		//{
		//	strcpy(_str, s._str);
		//}

		//string& operator=(const string& s)//赋值会把原来的值干掉
		//{
		//	if (&s != this)
		//	{
		//		//delete[] _str;
		//		//_str = new char[s._capacity + 1];//如果new失败，就把原对象破坏了
		//		//strcpy(_str, s._str);
		//		char* tmp = new char[s._capacity + 1];
		//		strcpy(tmp, s._str);
		//		delete[] _str;
		//		_str = tmp;
		//		_size = s._size;
		//		_capacity = s._capacity;
		//	}

		//	return *this;
		//}

		//现代写法
		void swap(string& tmp)
		{
			::swap(_str, tmp._str);//去全局域去找
			::swap(_size, tmp._size);
			::swap(_capacity, tmp._capacity);
		}

		string(const string& str)
			:_str(nullptr)
			, _size(0)
			, _capacity(0)
		{
			string tmp(str._str);
			swap(tmp);
		}//拷贝构造

		string& operator=(const string& str)
		{
			if (this != &str)
			{
				string tmp(str._str);//tmp局部对象出了作用域调用析构函数，释放this指向的那个
				swap(tmp);
			}
			return *this;
		}// 赋值

		//string& operator=(string str)
		//{
		//	swap(str);
		//	return *this;
		//}//赋值, str就是临时变量,自己给自己赋值都会原来的地址会变

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

			return _str[pos];
		}

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

			return _str[pos];
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n >_capacity)
			{
				char* tmp = new char[n + 1];
				strcpy(tmp, _str);

				delete[] _str;
				_str = tmp;
				_capacity = n;
			}
		}

		void resize(size_t n, char ch = '\0')
		{
			if (n >_size)
			{
				reserve(n);
				for (size_t i = _size; i< n; i++)
				{
					_str[i] = ch;
				}
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
			else
			{
				_str[n] = '\0';
				_size = n;
			}
		}//多了删除数据，少了就在结尾添加'\0'

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

		void append(const char* str)
		{
			size_t len = strlen(str);
			if (_size + len >_capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}//可以不要这个if，但是就会多几次函数调用，如果不需要开辟空间的话
			//aa bb
			strcpy(_str + _size, str);//在结尾追加
			_size += len;
		}

		void append(const string& s)
		{
			append(s._str);
		}
		void append(size_t n, char ch)
		{
			reserve(_size + n);
			for (size_t i = 0; i< n; ++i)
			{
				push_back(ch);
			}
		}

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

		string& insert(size_t pos, char ch)
		{
			assert(pos<= _size);
			if (_capacity == _size)
			{
				reserve(_capacity == 0 ? 4 : _capacity * 2);
			}
			size_t end = _size + 1;
			while (end >pos)
			{
				_str[end] = _str[end - 1];
				--end;
			}

			_str[pos] = ch;
			_size++;

			return *this;
		}

		string& insert(size_t pos, const char* str)
		{
			assert(pos<= _size);
			int len = strlen(str);
			if (len + _size >_capacity)
			{
				reserve(_size + len);
			}

			size_t end = _size + len;//把前一个的'/0'也拷贝走防止，在_size插入出现错误

			while (end >= pos + len)
			{
				_str[end] = _str[end - len];
				end--;
			}//因为插入了字符串就不会让end小于0

			strncpy(_str + pos, str, len);
			_size += len;

			return *this;
		}

		string& erase(size_t pos, size_t len = npos)
		{
			assert(pos< _size);
			if (len == npos || len + pos >= _size)
			{
				_str[pos] = '\0';
				_size = pos;
			}
			else
			{
				strcpy(_str + pos, _str + pos + len);
				_size -= len;
			}

			return *this;
		}

		void clear()
		{
			_size = 0;
			_str[0] = '\0';
		}

		size_t find(char ch, size_t pos = 0)const
		{
			assert(pos< _size);
			for (size_t i = pos; i< _size; i++)
			{
				if (ch == _str[i])
					return i;
			}

			return npos;
		}

		size_t find(const char* sub, size_t pos = 0)const//找子串
		{
			assert(sub);
			assert(pos< _size);

			// kmp/bm
			const char* ptr = strstr(_str + pos, sub);
			if (ptr == nullptr)
			{
				return npos;
			}
			else
			{
				return ptr - _str;
			}
		}
		//size_t find(const char* s, size_t pos = 0) const
		//{
		//	assert(s);
		//	assert(pos< _size);
		//	const char* src = _str + pos;

		//	while (*src)
		//	{
		//		const char* tmp = src;
		//		const char* match = s;
		//		while (*match == *tmp && *match && *tmp)
		//		{
		//			match++;
		//			tmp++;
		//		}
		//		if (*match == '\0')
		//		{
		//			return src - _str;
		//		}
		//		else
		//		{
		//			src++;
		//		}
		//	}

		//	return npos;
		//}
		string substr(size_t pos, size_t len = npos) const
		{
			assert(pos< _size);
			size_t realLen = len;
			if (len == npos || pos + len >_size)
			{
				realLen = _size - pos;
			}

			string sub;
			for (size_t i = 0; i< realLen; ++i)
			{
				sub += _str[pos + i];
			}

			return sub;
		}//获得_str中的字串，而且是新开辟的空间

		bool operator<(const string& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str)< 0;
		}
		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 || *this == s;
		}
		bool operator==(const string& s)const
		{
			return strcmp(_str, s._str) == 0;
		}
		bool operator!=(const string& s)const
		{
			return !(*this == s);
		}

		~string()
		{
			delete[] _str;
			_str = nullptr;
			_size = _capacity = 0;
		}//析构函数

	private:
		char* _str;
		size_t _size;
		size_t _capacity;
	public:
		static size_t npos;/
	};

	size_t string::npos = -1;

	ostream& operator<<(ostream& out, const string& s)
	{
		for (size_t i = 0; i< s.size(); i++)
		{
			cout<< s[i];
		}

		return out;
	}

	//istream& operator>>(istream& in,  string& s)
	//{
	//	s.clear();
	//	char ch;
	//	ch = in.get();

	//	while (ch != ' ' && ch != '\n')
	//	{
	//		size_t old = s.capacity();
	//		s += ch;
	//		if (s.capacity() != old)
	//		{
	//			cout<< old<< "扩容"<< s.capacity()<< endl;
	//		}
	//		ch = in.get();
	//	}

	//	return in;
	//}
	istream& operator>>(istream& in, string& s)
	{
		s.clear();
		char ch;
		ch = in.get();

		const size_t N = 32;
		char buff[N];
		size_t i = 0;

		while (ch != ' ' && ch != '\n')
		{
			buff[i++] = ch;
			if (i == N - 1)
			{
				buff[i] = '\0';
				s += buff;
				i = 0;
			}
			ch = in.get();
		}//类似于缓存器这样的

		buff[i] = '\0';
		s += buff;
		return in;
	}
}
3. 深浅拷贝 3.1 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 。

在这里插入图片描述

说明：上述String类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。

3.2 深拷贝

每个对象都有一份独立的资源，不要和其他对象共享。

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。

在这里插入图片描述

4.写实拷贝

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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