STRING类的正确写法

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：

能像 int 类型那样定义变量，并且支持赋值、复制。
能用作函数的参数类型及返回类型。
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 void foo(String x)
2 {
3 }
4 void bar(const String& x)
5 {
6 }
7 String baz()
8 {
9 String ret("world");
10 return ret;
11 }
12 int main()
13 {
14 String s0;
15 String s1("hello");
16 String s2(s0);
17 String s3 = s1;
18 s2 = s1;
19 foo(s1);
20 bar(s1);
21 foo("temporary");
22 bar("temporary");
23 String s4 = baz();
24 std::vector<String> svec;
25 svec.push_back(s0);
26 svec.push_back(s1);
27 svec.push_back(baz());
28 svec.push_back("good job");
29 }
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 #include <utility>
2 #include <string.h>
3 class String
4 {
5 public:
6 String()
7 : data_(new char[1])
8 {
9 *data_ = '\0';
10 }
11 String(const char* str)
12 : data_(new char[strlen(str) + 1])
13 {
14 strcpy(data_, str);
15 }
16 String(const String& rhs)
17 : data_(new char[rhs.size() + 1])
18 {
19 strcpy(data_, rhs.c_str());
20 }
21 /* Delegate constructor in C++11
22 String(const String& rhs)
23 : String(rhs.data_)
24 {
25 }
26 */
27 ~String()
28 {
29 delete[] data_;
30 }
31 /* Traditional:
32 String& operator=(const String& rhs)
33 {
34 String tmp(rhs);
35 swap(tmp);
36 return *this;
37 }
38 */
39 String& operator=(String rhs) // yes, pass-by-value
40 {
41 swap(rhs);
42 return *this;
43 }
44 // C++ 11
45 String(String&& rhs)
46 : data_(rhs.data_)
47 {
48 rhs.data_ = nullptr;
49 }
50 String& operator=(String&& rhs)
51 {
52 swap(rhs);
53 return *this;
54 }
55 // Accessors
56 size_t size() const
57 {
58 return strlen(data_);
59 }
60 const char* c_str() const
61 {
62 return data_;
63 }
64 void swap(String& rhs)
65 {
66 std::swap(data_, rhs.data_);
67 }
68 private:
69 char* data_;
70 };

注意代码的几个要点：

只在构造函数里调用 new char[]，只在析构函数里调用 delete[]。
赋值操作符采用了《C++编程规范》推荐的现代写法。
每个函数都只有一两行代码，没有条件判断。
析构函数不必检查 data_ 是否为 NULL。
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。