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C++面试中string类的一种正确写法
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。
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：
#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。）
C++面试中string类的一种正确写法