string的模拟实现

string这个接口在C++里面是具有多种的功能的，比如一些很经典的头插尾插，求长度等等，我们可以把他理解成一个字符的顺序表，对于在写各种类型的代码来说，还是比较好用的。今天我就来模拟实现一下他的底层逻辑。

1.string的初始化

当说道初始化，我们首先就得能先想到string里面到底是有几个元素来供我们初始化。

首先第一个是存放内容的数组，第二个就是当前string的最大容量，第三个就是当前string的大小。那这么说，这三个对象就可以在我们的string类中进行声明了。

接下来就进行一个对象的初始化。

首先我们可以分为有参和无参两种情况，无参数的情况下，我们就可以直接使用初始化列表(可以理解为构造函数)来进行初始化。

而有参呢

我们这样来写，很明显是不正确的。因为如果要传一个参数进来，那么形参的那部分为了避免错误一般会加上一个const，如果我们硬要这样写的话，那只能在_str前面加上一个const，这是因为加上了const，就会使得权限相同了，拥有const的权限是比没有的大的，权限可以缩小，但不可以放大，但如此又会导致我们的string类型不会被修改因此两者都不是最佳的方案。而最好的解决办法就是不一定要用初始化列表，特别是对于内置类型来说，初始化列表在有的时候会给我们带来不必要的麻烦。

这种就是最恰当的有参情况下的初始化。因为在编译的时候，是先走初始化列表，首先通过初始化列表得到当前str的size，然后赋值给_capacity，给_str开辟_capacity+1个空间，为什么要加1？因为str里面会有一个\0来结尾，这个斜杠零也是会占用空间的，最后把str的值拷贝给_str，这就完成了一次string的有参初始化。

那我们怎么把上面的那两个情况合二为一呢？

首先想到这种写法，这种写法很明显，当str给了个空指针后，strlen(str)在解引用来求长度的时候是会报错的，你想想，怎么计算一个空指针的长度？

那这样呢？？？还是不行，因为，'\0'是一个char类型的字符，并不是字符串常量类型，是无法赋值给const char*的，因此，得把他改成一个字符串常量的类型。

我们在这可以看到，最后算出来的size就是0，因为strlen是碰到'\0'就会停下遍历，进行返回，虽然说目前的_capacity也是0，但不代表_str就没用开空间，一开始预留的一个_capacity+1就是给现在的时候，没有内容，但是有\0准备的，这个时候的_str里面就存放了一个\0。但如果加上了\0的话，那我们在传字符串进来的时候就会有两个\0了，因此，最好的办法就是直接给一个空串。

对于string来说还有一个小小的接口，就是c_str，这个接口是用来兼容c语言的，有的时候c++还会参杂着一点c语言，因此这个小接口就是一个不可忽视的东西

底层的逻辑也很简单，就是直接返回_str就可以了

有了构造函数，我们就得写析构函数了。

而这，就是整体的初始化的部分了

2.遍历

遍历首先得要有一个字符串的总长度，然后遍历的时候还得对字符进行类似的"解引用"操作。

还有一个是capacity

就类似这样，但是目前来看，size和[]都是会报错的，下面我就来实现以下这两个操作。

首先来说一下size()函数，这个没什么好说，直接返回他的大小就行了。至于后面的const，如果加上了他，那么普通对象可以对他进行调用，const类型的对象也可以对他进行调用。相当于把使用权限给放大了。

而下面的运算符重载，是要返回pos位置的字符，由于[]相当于解引用，且_str是通过new出来的，因此解引用出来的内容存放在堆上，而在堆上的数据出了作用域就不会被销毁，因此这个地方就可以使用引用返回，而引用返回的数据并不是他的拷贝，而是返回数据的别名，也就是说，这个数据具有可读和可写的权限。

还有一点值得一提的是，在string中，[]是有一个检查是否越界的功能的，这个在我上一章讲接口的时候提到过，如果是用[]来访问数据，如果越界的话，就会出现断言报错；如果用at()来访问的话，就会出现编译错误。这是一个很大的进步，为什么这么说呢，因为数组检查的越界有时候并不是非常的严格，越界读的时候他是检查不出来的，而越界写的话，他是一种抽查的状态，有时候偶尔能检查到你的越界，有时候并不能，这是数组的一个非常大的缺陷。

目前的[]只能被普通对象调用，如果想要被const调用的话，我们可以效仿库中的一种做法

让他们各走各的路，互不干扰。

 3.迭代器

对于string，我们除了用[]来遍历以外，还会使用到迭代器和范围for来进行遍历，现在让我来模拟实现一下。

其实粗略来看，我们可以把迭代及直接简单的理解为指针，但在某种情况下，他又不是指针，就好像"如指针"这种状态。我们在这里定义迭代器的话，就可以把他当作指针来定义。

因此，在上面这个迭代器中，我是让他返回_str的指针，也就是让他指向了_str的头部，end()就让他指向了_str的尾部。

如此定义完后，就可以在这里使用他了。

对于范围for，我们好像什么都没干，为什么他能成功运行呢？

这是因为范围for虽然看起来很吊，但是他的底层仍然是一个迭代器，只不过这里被封装好了，编译过后，他自己就会调用iterator的begin()函数和end()函数，但这并不代表他很厉害。因为他仅仅是套用了那个与库相同的名字，并不是一个灵活的替换，如果我把begin的b改成大写的B，那他照样会报错。

这里对于迭代器的定义是不能对const对象使用的，他只能对普通对象使用，而想要对const对象使用，只需要加个const就行了。

4.增删查改

1.reserve，push_back，append

首先来实现以下尾插的这个功能，尾插这个功能在string中叫做push_back和append。

说一下这个push_back函数，首先我们是想插入一个字符，那么就得先判断_size和_capacity是否是相等，如果相等，那就进行扩容。由于我们还有可能是初始化空字符串，因此还要判断_capacity是否为0，如果是0就得给一个初始值给他。那怎么扩容呢？那就得用到另一个原本就是string 里面的接口reserve了，这个接口的作用就是给他开辟空间，那我们在这里就手动开辟。

由于reserve不仅仅是在尾插里面可以使用，他自己也可以单独使用，因此，我们首先就可以判断想要开辟空间的个数是否是大于_capacity的，如果是，那么首先就开n+1个空间，多开一个空间的作用是给'\0'开一个，然后把_str的内容拷贝到tmp里面，把_str释放掉，最后把_str的指针指向tmp。

然后是append追加，由于他追加的是一个字符串常量，因此我们首先需要考虑的是当前的string的大小和即将要尾插的字符串常量的和是否已经大于当前的_capacity，如果是，那就要开辟一个总的和大小的空间，然后通过strcpy来进行拷贝尾插，把str尾插到_str+_size这个位置，最后总大小也要加上_size。

最后把他们进行运算符重载的封装。

2.insert，erase

1.insert

接下来实现一下insert这个接口，我实现的其中一个功能就是在某个位置插入一个字符。

首先仍然是经典的判断语句，可以看到，这个部分的很多实现都是跟顺序表是类似的。首先都是判断空间够不够，然后遍历，把元素一个一个的向后挪动，最后在空出来的pos位置上插入一个字符，整体的_size++.

但是这里他会有一个问题

我们可以看到，我本想在0这个位置插入一个5，但是可以看到代码却是报错了，这是为什么？

经过调试我们可以发现了诡异的一幕，我在这里设置的明明是end>=pos才进入，他这里end已经是-1了，-1明明是不满足条件的，为什么还会进入这个循环？

这里就涉及到一个叫做类型提升的问题了。类型提升就是一个运算符的两边的操作数的类型不同的时候，一般就会发生类型提升，一般来说，类型提升就是范围小的向范围大的类型提升，这里的话，发生的就是整形提升，提升成了无符号整型，因此，虽然他那里看着是负数，但他实则并不是负数，而循环就可以一直进去。

而我们只需要在pos前面给他一个强转成int类型即可。

除了这种方式，还有一种方式就是修改以下遍历的方式。

这种的遍历方式就是把size向后挪动了一个位置，然后把前面的数据放到后面，当循环走完的时候，刚刚好能剩下第一个位置0。这个时候就可以方便我们的数据插入了

2.erase的实现

首先我们要分两种情况，第一种是把pos位置后面的所有内容给删掉，第二种就是普通的删除。

我们知道，erase在string里面的其中一个功能是可以pos位置开始，删除len个字符。那我们可以直接在pos这个位置放一个\0，然后让_size = pos。

我们这里把npos设置成了-1，这也就是说当删除的长度是-1的时候，就意味着把pos后面的所有东西都给删掉了。

但是这里还是会存在一个问题，那就是pos+len这个值他有可能会溢出，因此我们只需要把len移项以下就可以解决这个问题了

接下来就是正常的删除。删除pos开始的len个字符。

整体代码就是这样的。