C++面试中string类的一种正确写法

C++ 的一个常见面试题是让你实现一个 String 类，限于时间，不可能要求具备 std::string 的功能，但至少要求能正确管理资源。具体来说：

1. 能像 int 类型那样定义变量，并且支持赋值、复制。
2. 能用作函数的参数类型及返回类型。
3. 能用作标准库容器的元素类型，即 vector/list/deque 的 value_type。（用作 std::map 的 key_type 是更进一步的要求，本文从略）。

换言之，你的 String 能让以下代码编译运行通过，并且没有内存方面的错误。

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34

void foo(String x) { }   void bar(const String& x) { }   String baz() {   String ret("world");   return ret; }   int main() {   String s0;   String s1("hello");   String s2(s0);   String s3 = s1;   s2 = s1;     foo(s1);   bar(s1);   foo("temporary");   bar("temporary");   String s4 = baz();     std::vector<String> svec;   svec.push_back(s0);   svec.push_back(s1);   svec.push_back(baz());   svec.push_back("good job"); }

本文给出我认为适合面试的答案，强调正确性及易实现（白板上写也不会错），不强调效率。某种意义上可以说是以时间（运行快慢）换空间（代码简洁）。

首先选择数据成员，最简单的 String 只有一个 char* 成员变量。好处是容易实现，坏处是某些操作的复杂度较高（例如 size() 会是线性时间）。为了面试时写代码不出错，本文设计的 String 只有一个 char* data_成员。而且规定 invariant 如下：一个 valid 的 string 对象的 data_ 保证不为 NULL，data_ 以 '\0' 结尾，以方便配合 C 语言的 str*() 系列函数。

其次决定支持哪些操作，构造、析构、拷贝构造、赋值这几样是肯定要有的（以前合称 big three，现在叫 copy control）。如果钻得深一点，C++11的移动构造和移动赋值也可以有。为了突出重点，本文就不考虑 operator[] 之类的重载了。

这样代码基本上就定型了：

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82

#include <utility> #include <string.h>   class String {  public:   String()     : data_(new char[1])   {     *data_ = '\0';   }     String(const char* str)     : data_(new char[strlen(str) + 1])   {     strcpy(data_, str);   }     String(const String& rhs)     : data_(new char[rhs.size() + 1])   {     strcpy(data_, rhs.c_str());   }   /* Delegate constructor in C++11   String(const String& rhs)     : String(rhs.data_)   {   }   */     ~String()   {     delete[] data_;   }     /* Traditional:   String& operator=(const String& rhs)   {     String tmp(rhs);     swap(tmp);     return *this;   }   */   String& operator=(String rhs) // yes, pass-by-value   {     swap(rhs);     return *this;   }     // C++ 11   String(String&& rhs)     : data_(rhs.data_)   {     rhs.data_ = nullptr;   }     String& operator=(String&& rhs)   {     swap(rhs);     return *this;   }     // Accessors     size_t size() const   {     return strlen(data_);   }     const char* c_str() const   {     return data_;   }     void swap(String& rhs)   {     std::swap(data_, rhs.data_);   }    private:   char* data_; };

注意代码的几个要点：

1. 只在构造函数里调用 new char[]，只在析构函数里调用 delete[]。
2. 赋值操作符采用了《C++编程规范》推荐的现代写法。
3. 每个函数都只有一两行代码，没有条件判断。
4. 析构函数不必检查 data_ 是否为 NULL。
5. 构造函数 String(const char* str) 没有检查 str 的合法性，这是一个永无止境的争论话题。这里在初始化列表里就用到了 str，因此在函数体内用 assert() 是无意义的。

这恐怕是最简洁的 String 实现了。

练习1：增加 operator==、operator<、operator[] 等操作符重载。

练习2：实现一个带 int size_; 成员的版本，以空间换时间。

练习3：受益于右值引用及移动语意，在 C++11 中对 String 实施直接插入排序的性能比C++98/03要高，试编程验证之。（g++的标准库也用到了此技术。）

陈皓注：同时，大家可以移步看看我的一篇老文《STL中String类的问题》