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分享C++面试中string类的一种正确写法

 更新时间：2020年4月25日 17:43  点击：1565

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。

复制代码 代码如下:

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：

复制代码 代码如下:

#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：

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。

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》

原文链接：http://coolshell.cn/articles/10478.html

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