实现一个string类（C++）

0 说明

　　本文仅实现string类中几种重要、常用的功能，旨在掌握C++类设计的关键知识点。

1 知识点

• 构造函数（包括默认构造函数、拷贝构造函数以及自定义的其他构造函数）
• 运算符重载
• 友元
• 析构函数
• C风格字符的操作

2 类的设计

　　为使代码简洁，本文采取分文件编写模式，类的声明包含在头文件"mystring.h"中，成员的实现包含在源文件"mystring.h"中，"main.cpp"文件是若干测试。

2.1 构造函数

　　类比C++中原有的string类，我们可以定义一个string对象（不指定初始值），可以用一个已存在的string对象初始化一个新定义的对象，也可以用一个C风格字符串给一个string对象赋值。为了实现同样的功能，自定义的String类需要如下几种构造函数：

• 默认构造函数：String()，用于直接构建一个不指定初值的对象
• 拷贝构造函数：String(const String& s)，用于初始化新的对象
• 普通有参构造函数：String(const String* s)，用于以C风格字符串初始化一个对象

2.2 重载函数

　　由于String类是我们自定义的，所以有必要重载若干常用运算符以丰富String类所支持的功能。具体地，本文将重载一下运算符：

• = 运算符，=运算符给已存在的对象赋值，我们将重载以String对象赋值和以C风格字符串赋值两种形式
• == 运算符，用于判断两个String对象是否相同
• > 运算符，判断一个对象是否大于另一个对象
• < 运算符，判断一个对象是否小于另一个对象
• += 运算符，将两个对象拼接到一起
• [] 运算符，访问字符串某个位置的元素，分为常量和非常量两个版本重载
• << 运算符，输出一个String对象
• >> 运算符，实现读入一个字符流到String对象

2.3 普通成员函数

　　只设计一个length()函数用于获取字符串的长度。

2.4 析构函数

　　析构函数无法重载较为简单，一个类中只能有一个析构函数，后续介绍析构函数的内部实现，这里不做过多阐述。

2.5 成员变量

　　只设计一个变量len用于记录字符串的长度。

　　类的设计部分代码如下：

#ifndef MYSTRING_H_INCLUDED
#define MYSTRING_H_INCLUDED

#include <iostream>

using namespace std;

class String {
public:
    // constructor function
    String();  // default constructor function
    String(const String& s);  // copy constructor function
    String(const char* s);

    // overload function
    String& operator=(const String& s);  //
    String& operator=(const char* s);
    String& operator+=(const String& s);
    friend int operator==(const String& s1, const String& s2);
    friend int operator>(const String& s1, const String& s2);
    friend int operator<(const String& s1, const String& s2);
    char& operator[](int i);
    const char& operator[](int i) const;
    friend ostream& operator<<(ostream& os, String& s);
    friend istream& operator>>(istream& is, String& s);

    // common function
    int length() const;

    //
    ~String();

private:
    char* str;
    int len;
};



#endif // MYSTRING_H_INCLUDED

3 成员设计

3.1 构造函数

• 默认构造函数：String()

　　将默认值设置为空，因此只需申请一个char大小的内存空间用于存放C风格字符串结尾标志 ‘\0’。

String::String() {
    len = 0;
    str = new char[1];
    str[0] = '\0';
}

• 拷贝构造函数：String(const String& s)

　　首先判断s是否为空，然后更新新字符串的长度，接着开辟一段内存空间，最后用strcpy()函数将s.str复制到新的字符串中。

String::String(const String& s) {
    if (s.length() == 0) {
        String();
    }
    len = s.len;
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s.str);
}

• 普通有参构造函数：String(const String* s)

　　与拷贝构造函数类似。

String::String(const char* s) {
    if (s == nullptr) {
        String();
    }
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);

3.2 运算符重载

• 赋值运算符（类对象版）：=

　　先判断等号两侧对象是否相同。释放原对象内存是关键。

String& String::operator=(const String& s) {
    if (this == &s) {
        return *this;
    }

    delete []str;
    int len = s.length();
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s.str);

    return *this;
}

• 赋值运算符（C风格字符串版）：=

String& String::operator=(const char* s) {
    delete []str;
    len = strlen(s);
    str = new char[len + 1];
    strcpy(str, s);

    return *this;
}

• 重载运算符：+=

　　采用成员函数的方式重载，只需传递一个参数。将运算符左侧对象复制一份到新对象c中，然后删除运算符左侧对象原有的的内存空间，再扩容、字符拷贝、释放临时对象c。

String& String::operator+=(const String& s) {
    String c(*this);
    delete []this->str;
    this->str = new char[this->length() + s.length()];
    stpcpy(this->str, c.str);
    stpcpy(this->str, s.str);
    this->len += s.length();
    delete []c.str;
    
    return *this;
}

• 重载比较运算符：==、<，>

int operator==(const String& s1, const String& s2) {
    return (strcmp(s1.str, s2.str) == 0);
}

int operator>(const String& s1, const String& s2) {
    return (strcmp(s1.str, s2.str) > 0);
}

int operator<(const String& s1, const String& s2) {
    return (strcmp(s1.str, s2.str) < 0);
}

• 重载运算符：[]

char& String::operator[](int i) {
    return str[i];
}
const char& String::operator[](int i) const {
    return str[i];
}

• 重载输入输出运算符：>>、<<

ostream & operator<<(ostream& os, String& s) {
    os << s.str;
    return os;
}

istream& operator>>(istream& is, String& s){
    char temp[80];
    cin.getline(temp, 80);
    //is >> temp;
    s = temp;

    return is;
}

3.3 普通成员函数

• 获取字符串长度：length()

int String::length() {
    return len;
}

3.4 析构函数

String::~String() {
    delete []str;
}

4 测试

int main()
{
    String str1("abc");
    String str2(str1);
    String str3;
    str3 = str2;
    cout << "str1的长度： " << str1.length() << endl;
    cout << "str1[0] = " << str1[0] << endl;
    cout << "str1 = " << str1 << endl;
    cout << "str3 = " << str3 << endl;
    cin >> str3;
    cout << "str3 = " << str3 << endl;
    cout << "str3的长度： " << str3.length() << endl;
    return 0;
}