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詳解C++中String類模擬實現以及深拷貝淺拷貝
在C語言中/C++中，字符串是一個應用很廣泛的類型，也是很基礎的類型，C語言并沒有直接處理字符串的操作而是采用字符指針和字符串數組進行操作，而在C++中標準庫為我們封裝了一個字符串的類供我們使用，使用需要#inlcude <string>頭文件。我們也可以自己模擬實現一個簡單的String類。
在模擬實現String類的過程中，不可避免的會遇到深拷貝淺拷貝的問題，下面就深拷貝淺拷貝做一個簡介。所謂深拷貝淺拷貝，簡單來說就是淺拷貝只是簡單的將值拷貝過來，用一個對象初始化另一個對象，只復制了成員，并沒有復制資源，使兩個對象同時指向了同一資源的。而深拷貝則是將資源和值一塊拷貝過來，此時兩個對象各自占用資源，盡管值相同，但是互不影響。
下面通過代碼進行對比：
//淺拷貝
class String {
public:
String(const char* s = "")
{
if (NULL == s) {
_pStr = new char[1];
*_pStr = '\0';
}
else {
_pStr = new char[strlen(s) + 1];
strcpy(_pStr, s);
}
}
String(const String& s)
{
_pStr = s._pStr;
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s) {
_pStr = s._pStr;
}
return *this;
}
~String()
{
if (NULL != _pStr) {
delete[] _pStr;
_pStr = NULL;
}
}
private:
char* _pStr;
};
//深拷貝
class String {
public:
String(const char* s = "")
{
if (NULL == s) {
_pStr = new char[1];
*_pStr = '\0';
}
else {
_pStr = new char[strlen(s) + 1];
strcpy(_pStr, s);
}
}
String(const String& s) : _pStr(new char[strlen(s._pStr) + 1])
{
strcpy(_pStr, s._pStr);
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s) { //先申請空間將s的內容拷貝到一個臨時變量再去釋放原有的空間
char* temp = new char[strlen(s._pStr) + 1];//防止申請空間失敗連原有的空間都沒了
strcpy(temp, s._pStr);
delete[] _pStr;
_pStr = NULL;
_pStr = temp;
}
return *this;
}
~String()
{
if (NULL != _pStr) {
delete[] _pStr;
_pStr = NULL;
}
}
private:
char* _pStr;
};
由圖可以看出，淺拷貝使得多個對象指向一塊空間，然而當最后析構的時候，比如c先釋放空間，而a，b卻不知道還要釋放空間便會產生重復釋放同一內存的錯誤。為此，我們可以對淺拷貝進行一個優化，例如在私有成員中加入一個int*
pCount來標記一塊空間被幾個對象占用，當只有一個對象占用如果進行析構便可釋放空間，否則只對*pCount--。
//淺拷貝優化--帶有計數版本的String類，用指針指向計數的空間
class String {
public:
String(const char* s = "") : _pCount(new int(1))
{
if (NULL == s) {
_pStr = new char[1];
*_pStr = '\0';
}
else {
_pStr = new char[strlen(s) + 1];
strcpy(_pStr, s);
}
}
String(const String& s)
{
_pStr = s._pStr;
_pCount = s._pCount;
(*_pCount)++;
}
String& operator=(const String& s)
{
if (this != &s) {
if (--(*_pCount) == 0) {
delete[] _pStr;
delete _pCount;
}
_pStr = s._pStr;
_pCount = s._pCount;
(*_pCount)++;
}
return *this;
}
~String()
{
if (NULL != _pStr && --(*_pCount) == 0) {
delete[] _pStr;
delete _pCount;
}
_pCount = NULL;
_pStr = NULL;
}
private:
char* _pStr;
int* _pCount;
};
最后再給出一種深拷貝的簡潔版本，通過調用swap來簡化操作，代碼如下：
//深拷貝的簡潔寫法
class String {
public:
String(const char* s = "")
{
if (NULL == s) {
_pStr = new char[1];
*_pStr = '\0';
}
else {
_pStr = new char[strlen(s) + 1];
strcpy(_pStr, s);
}
}
String(String& s) :_pStr(NULL)//必須對_pStr初始化，防止釋放隨機值的空間
{
String temp(s._pStr);
swap(_pStr, temp._pStr);
}
String& operator=(String& s)
{
if (this != &s) {
swap(_pStr, s._pStr);
}
return *this;
}
~String()
{
if (NULL != _pStr) {
delete[] _pStr;
_pStr = NULL;
}
}
private:
char* _pStr;
};
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