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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:

  1. 能像 int 类型那样定义变量,并且支持赋值、复制。
  2. 能用作函数的参数类型及返回类型。
  3. 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)。
  4. 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。

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:

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#include <utility>
#include <string.h>
 
class String
{
 public:
  String()	
    : data_(new char[1])
  {
    *data_ = '\0';
  }
 
  String(const char* str)		//参数是char数组
    : data_(new char[strlen(str) + 1])
  {
    strcpy(data_, str);
  }
 
  String(const String& rhs)	//参数是String类型
    : data_(new char[rhs.size() + 1])
  {
    strcpy(data_, rhs.c_str());
  }
 
  ~String()	//析构函数
  {
    delete[] data_;
  }
 
  
  String& operator=(String rhs) //传值简化swap过程
  {
    swap(rhs);
    return *this;
  }
  
  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:

  1. 只在构造函数里调用 new char[],只在析构函数里调用 delete[]。
  2. 赋值操作符采用了《C++编程规范》推荐的现代写法。
  3. 每个函数都只有一两行代码,没有条件判断。
  4. 析构函数不必检查 data_ 是否为 NULL。
  5. 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。