关于c++:C面试八股文stdstring是如何实现的

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某日二师兄加入 XXX 科技公司的 C ++ 工程师开发岗位第 18 面：

面试官：std::string用过吧？

二师兄：当然用过（废话，C++ 程序员就没有没用过 std::string 的）。

面试官：std::string("hello")+"world"、"hello"+std::string("world")和 std::string("hello")+std::string("world") 的后果是什么？为什么？

二师兄：前者和后者的后果都是 std::string 的对象，内容是“helloworld\0”，而两头的这个表达式无奈通过编译。起因是 std::string 重载了 operator+(const char*) 和operator+(const std::string&)，然而 const char* 却没有重载operator+ 运算符。

面试官：std::string 有两个 API，resize 和reserve，你晓得它们之间的区别吗？

二师兄：resize对应的是 size，resize 能够扭转字符串的大小。reserve对应的是 capacity，reserve 只能扭转 capacity 的大小。

二师兄：当 resize 传入的参数小于字符串的 szie 时，多余的字符串会被截取。当 reserve 传入的参数小于 capacity 时，reserve什么也不会做。

二师兄：当 resize 传入的参数大于字符串的 szie 时，减少的字符串会被默认初始化。当 reserve 传入的参数大于 capacity 时，capacity会被扩容。

面试官：好的。能够通过下标拜访 std::string 实例的内容吗？

二师兄：能够的，std::string重载了下标运算符，能够像数组一样通过下标运算取出某个字符。

面试官：你晓得 std::string 的at成员办法吗？

二师兄：嗯，和下标运算性能类似，不过不必放心越界问题。能够平安的拜访字符串中的字符。

面试官：既然有 at 办法了，为什么还要重载下标运算符呢？

二师兄：次要是因为性能上的考量。at尽管保障了不会超出字符串范畴（超出范围抛出异样），然而性能低于下标操作。这就是有舍有得。为了平安应用at，为了性能应用下标操作。C++ 给了你多个抉择，如何抉择看你的需要。

面试官：那你晓得 std::string 是如何实现的吗？

二师兄：在 string 外部保护一个指针，这个指针指向真正的字符串的地位。

面试官：能简略的写一下实现代码吗？

二师兄：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_;
};

二师兄：在实现 append 或者 += 的时候，须要把以后字符的长度加上 append 的内容的长度，以此长度申请一块新内存，而后把以后字符串的内存和 append 的内容考入新申请的内存中。free 掉之前 data_ 指向的内存，而后把 data_ 指针指向新申请的内存。

面试官：好的。这样的实现有一些弊病。如果频繁的对一个 std::string 对象 append 内容，会产生什么？

二师兄：是的，因为频繁的 malloc 和free，会有性能问题。因所以编译器在实现 std::string 的时候个别会事后申请一块大的内存，这块内存的长度是 capacity，当增加的字符串的长度加上以后的字符串长度小于capacity 时，间接增加到以后的块上即可。

面试官：好的。针对字符串比拟少的状况，个别编译器会做一些优化，你晓得如何优化的吗？

二师兄：这个如同在哪看过，不记得额。。。

面试官：好的，明天的面试完结了，请回去等告诉吧。

明天二师兄的体现不错，除了最初一个问题，基本上都答上来了。让咱们来看下这个问题：

针对字符串比拟少的状况，个别编译器会做一些优化，你晓得如何优化的吗？

咱们能够看看 GCC 中 std::string 的实现：

 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;
};

这里的 _CharT 就是 char，所以_S_local_capacity 等于 15。当字符串的长度小于等于15 时，间接存在 _M_local_buf 中，而不须要在堆中申请内存。当字符串长度大于 15 时，在内存中申请一块内存，这块内存的起始地址保留在 _M_dataplus 中，这块内存的容量保留在 _M_allocated_capacity 中，而字符串的实在长度保留在_M_string_length 中。当向字符串中增加字符时，如果增加字符的长度大于 _M_allocated_capacity - _M_string_length，则须要 resize，否则间接追加到_M_dataplus 保留的内存块中即可。