C++实现String类的方法详解

简介

String 类是 C++ 中非常常用的字符串类，它可以很方便地对字符串进行操作。本文将介绍如何实现 C++ 中的 String 类，并详细讲解其中到底涉及了哪些知识点。

实现

实现步骤

实现一个 String 类，我们需要完成以下步骤：

1. 确定类的成员变量
2. 编写构造函数
3. 编写析构函数
4. 编写拷贝构造函数
5. 编写赋值运算符重载函数
6. 编写字符串连接运算符重载函数
7. 编写下标运算符重载函数
8. 编写字符串比较运算符重载函数
9. 编写字符串查找函数

下面我们将详细讲解每一步的实现。

类的成员变量

String 类最核心的内容就是字符串，因此我们需要一个 char 类型的指针来保存字符串。同时，由于我们需要保存字符串的长度，实现起来还需要一个整型变量来保存字符串的长度。因此我们的成员变量有：

private:
    char* str;
    int size;

构造函数

在创建 String 对象时，我们需要完成的第一步就是分配内存来保存字符串。我们可以使用 new 操作符来在堆上分配空间。同时，我们也需要设置其长度，所以我们的构造函数应该这样实现：

String::String(const char* cstr) {
    size = strlen(cstr);
    str = new char[size + 1];
    strcpy(str, cstr);
}

析构函数

在使用完 String 对象后，我们同样需要释放内存，因此我们需要一个析构函数。由于我们使用了 new 去分配内存，因此我们使用 delete 来释放这部分内存：

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

拷贝构造函数

当我们需要使用一个 String 对象来初始化另一个 String 对象时，需要用到拷贝构造函数。以下是一个基本的拷贝构造函数：

String::String(const String& rhs) {
    size = rhs.size;
    str = new char[size + 1];
    strcpy(str, rhs.str);
}

赋值运算符重载

在使用等号将一个 String 对象赋值给另一个 String 对象时，需要用到赋值运算符重载函数。以下是一个基本的赋值运算符重载函数：

String& String::operator=(const String& rhs) {
    if (this == &rhs)
        return *this;
    delete[] str;
    size = rhs.size;
    str = new char[size + 1];
    strcpy(str, rhs.str);
    return *this;
}

字符串连接运算符重载

在 C++ 中，使用加号（+）运算符可以连接两个字符串。因此，我们需要使用 + 运算符将两个 String 对象连接成一个新的 String 对象。下面是一个基本的实现：

String String::operator+(const String& rhs) const {
    int new_size = size + rhs.size;
    char* new_str = new char[new_size + 1];
    strcpy(new_str, str);
    strcat(new_str, rhs.str);
    String new_obj(new_str);
    delete[] new_str;
    return new_obj;
}

下标运算符重载

使用下标运算符可以获取字符串中某个位置的字符。因此，我们需要使用下标运算符重载函数来实现这个功能。以下是一个基本的实现：

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

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

字符串比较运算符重载

在 C++ 中，使用比较运算符可以比较两个字符串的大小。为了实现这个功能，我们需要使用字符串比较运算符重载函数。以下是一个基本的实现：

bool operator==(const String& lhs, const String& rhs) {
    return strcmp(lhs.str, rhs.str) == 0;
}

bool operator!=(const String& lhs, const String& rhs) {
    return !(lhs == rhs);
}

bool operator<(const String& lhs, const String& rhs) {
    return strcmp(lhs.str, rhs.str) < 0;
}

bool operator>(const String& lhs, const String& rhs) {
    return rhs < lhs;
}

bool operator<=(const String& lhs, const String& rhs) {
    return !(rhs < lhs);
}

bool operator>=(const String& lhs, const String& rhs) {
    return !(lhs < rhs);
}

字符串查找函数

在处理字符串时，我们通常需要在字符串中查找某个子串。因此，我们需要实现一个字符串查找函数。以下是一个基本的实现：

int String::find(const String& obj) const {
    int index = -1;
    for (int i = 0; i < size - obj.size + 1; ++i) {
        bool found = true;
        for (int j = 0; j < obj.size; ++j) {
            if (str[i + j] != obj[j]) {
                found = false;
                break;
            }
        }
        if (found) {
            index = i;
            break;
        }
    }
    return index;
}

示例

示例 1：字符串比较

#include <iostream>
#include "string.h"

using namespace std;

int main() {
    String str1("hello");
    String str2("world");

    cout << boolalpha;
    cout << (str1 == str2) << endl;     // false
    cout << (str1 != str2) << endl;     // true
    cout << (str1 < str2) << endl;      // true
    cout << (str1 > str2) << endl;      // false
    cout << (str1 <= str2) << endl;     // true
    cout << (str1 >= str2) << endl;     // false

    return 0;
}

示例 2：字符串查找

#include <iostream>
#include "string.h"

using namespace std;

int main() {
    String str("hello world");
    String obj("worl");

    cout << str.find(obj) << endl;      // 6

    return 0;
}

总结

本文讲解了如何实现 C++ 中的 String 类，并详细讲解了其中到底涉及了哪些知识点。希望读者能够通过本文更好地理解 C++ 中 String 类的实现方法。