C++面試八股文之std::string實現(xiàn)方法

更新時間：2023年06月19日 08:41:57 作者：二進制架構

這篇文章主要介紹了C++面試八股文：std::string是如何實現(xiàn)的,本文給大家介紹的非常詳細，對大家的學習或工作具有一定的參考借鑒價值，需要的朋友可以參考下

某日二師兄參加XXX科技公司的C++工程師開發(fā)崗位第18面：

面試官：std::string用過吧？

二師兄：當然用過（廢話，C++程序員就沒有沒用過std::string的）。

面試官：std::string("hello")+"world"、"hello"+std::string("world")和std::string("hello")+std::string("world")的結(jié)果是什么？為什么？

二師兄：前者和后者的結(jié)果都是std::string的對象，內(nèi)容是“helloworld\0”，而中間的這個表達式無法通過編譯。原因是std::string重載了operator+(const char*)和operator+(const std::string&)，但是const char* 卻沒有重載operator+運算符。

面試官：std::string 有兩個API，resize和reserve，你知道它們之間的區(qū)別嗎？

二師兄：resize對應的是size，resize可以改變字符串的大小。reserve對應的是capacity，reserve只能改變capacity的大小。

二師兄：當resize傳入的參數(shù)小于字符串的szie時，多余的字符串會被截取。當reserve傳入的參數(shù)小于capacity時，reserve什么也不會做。

二師兄：當resize傳入的參數(shù)大于字符串的szie時，增加的字符串會被默認初始化。當reserve傳入的參數(shù)大于capacity時，capacity會被擴容。

面試官：好的。可以通過下標訪問std::string實例的內(nèi)容嗎？

二師兄：可以的，std::string重載了下標運算符，可以像數(shù)組一樣通過下標運算取出某個字符。

面試官：你知道std::string的at成員方法嗎？

二師兄：嗯，和下標運算功能相似，不過不用擔心越界問題?？梢园踩脑L問字符串中的字符。

面試官：既然有at方法了，為什么還要重載下標運算符呢？

二師兄：主要是因為性能上的考量。at雖然保證了不會超出字符串范圍（超出范圍拋出異常），但是性能低于下標操作。這就是有舍有得。為了安全使用at，為了性能使用下標操作。C++給了你多個選擇，如何選擇看你的需求。

面試官：那你知道std::string是如何實現(xiàn)的嗎？

二師兄：在string內(nèi)部維護一個指針，這個指針指向真正的字符串的位置。

面試官：能簡單的寫一下實現(xiàn)代碼嗎？

二師兄：好的。

class string
{
public: 
    string():size_(0),data_(nullptr){}
    explicit string(const char* c)
    {
        size_ = strlen(c);
        data_ = (char*)malloc(size_+1);
        memset(data_,0,size_+1);
        memcpy(data_,c,size_);
    }
    size_t size() const {return size_;}
	const char* c_str() const {return data_;}
private:
    size_t size_;
    char* data_;
};

二師兄：在實現(xiàn)append或者+=的時候，需要把當前字符的長度加上append的內(nèi)容的長度，以此長度申請一塊新內(nèi)存，然后把當前字符串的內(nèi)存和append 的內(nèi)容考入新申請的內(nèi)存中。free掉之前data_指向的內(nèi)存，然后把data_指針指向新申請的內(nèi)存。

面試官：好的。這樣的實現(xiàn)有一些弊端。如果頻繁的對一個std::string對象append內(nèi)容，會發(fā)生什么？

二師兄：是的，因為頻繁的malloc和free，會有性能問題。因所以編譯器在實現(xiàn)std::string的時候一般會預先申請一塊大的內(nèi)存，這塊內(nèi)存的長度是capacity，當添加的字符串的長度加上當前的字符串長度小于capacity時，直接添加到當前的塊上即可。

面試官：好的。針對字符串比較少的情況，一般編譯器會做一些優(yōu)化，你知道如何優(yōu)化的嗎？

二師兄：這個好像在哪看過，不記得額。。。

面試官：好的，今天的面試結(jié)束了，請回去等通知吧。

今天二師兄的表現(xiàn)不錯，除了最后一個問題，基本上都答上來了。讓我們來看下這個問題：

針對字符串比較少的情況，一般編譯器會做一些優(yōu)化，你知道如何優(yōu)化的嗎？

我們可以看看GCC中std::string的實現(xiàn)：

 typedef basic_string<char>    string;

_Alloc_hider	_M_dataplus;
size_type		_M_string_length;
enum { _S_local_capacity = 15 / sizeof(_CharT) };
union
{
    _CharT           _M_local_buf[_S_local_capacity + 1];
    size_type        _M_allocated_capacity;
};

這里的_CharT就是char，所以_S_local_capacity等于15。當字符串的長度小于等于15時，直接存在_M_local_buf中，而不需要在堆中申請內(nèi)存。當字符串長度大于15時，在內(nèi)存中申請一塊內(nèi)存，這塊內(nèi)存的起始地址保存在_M_dataplus中，這塊內(nèi)存的容量保存在_M_allocated_capacity 中，而字符串的真實長度保存在_M_string_length中。當向字符串中添加字符時，如果添加字符的長度大于 _M_allocated_capacity - _M_string_length，則需要resize，否則直接追加到_M_dataplus保存的內(nèi)存塊中即可。