模拟实现 C++ 中的 string 类是一个复杂且有趣的项目。这可以帮助你深入理解字符串操作的基础，内存管理，以及一些面向对象编程的概念。在实现过程中，我们需要从基本的内存管理、字符串操作方法和运算符重载等方面入手。下面是一个简化实现的过程：

基本结构

1. 成员变量

   • char* data;：用于存储字符串。
   • size_t size;：存储字符串长度。
   • size_t capacity;：存储当前分配的内存大小。

2. 构造函数

   • 默认构造函数。
   • 通过 const char* 初始化。
   • 复制构造函数。
   • 移动构造函数。

3. 析构函数

   • 释放分配的内存。

4. 成员函数

   • 大小相关：size()、capacity()、empty()。
   • 访问字符：重载 operator[] 和 at()。
   • 修改字符串：append()、clear()、resize()。
   • 内存管理：reserve()。

5. 运算符重载

   • 赋值运算符。
   • 加号运算符 + 用于连接字符串。
   • 比较运算符。

实现步骤

#include <iostream>  
#include <cstring>  
class MyString {  
private:  
    char* data;  
    size_t size;  
    size_t capacity;  
    void initFromCStr(const char* cstr) {  
        size = std::strlen(cstr);  
        capacity = size;  
        data = new char[capacity + 1];  
        std::strcpy(data, cstr);  
    }  
public:  
    // 默认构造函数  
    MyString() : data(new char[1]), size(0), capacity(0) {  
        data[0] = '\0';  
    }  
    // 通过 const char* 初始化  
    MyString(const char* cstr) {  
        initFromCStr(cstr);  
    }  
    // 复制构造函数  
    MyString(const MyString& other) {  
        initFromCStr(other.data);  
    }  
    // 移动构造函数  
    MyString(MyString&& other) noexcept : data(other.data), size(other.size), capacity(other.capacity) {  
        other.data = nullptr;  
        other.size = 0;  
        other.capacity = 0;  
    }  
    // 析构函数  
    ~MyString() {  
        delete[] data;  
    }  
    // 赋值运算符  
    MyString& operator=(const MyString& other) {  
        if (this != &other) {  
            delete[] data;  
            initFromCStr(other.data);  
        }  
        return *this;  
    }  
    // 移动赋值运算符  
    MyString& operator=(MyString&& other) noexcept {  
        if (this != &other) {  
            delete[] data;  
            data = other.data;  
            size = other.size;  
            capacity = other.capacity;  
            other.data = nullptr;  
            other.size = 0;  
            other.capacity = 0;  
        }  
        return *this;  
    }  
    // 大小和容量  
    size_t getSize() const { return size; }  
    size_t getCapacity() const { return capacity; }  
    bool empty() const { return size == 0; }  
    // 访问字符  
    char& operator[](size_t idx) { return data[idx]; }  
    const char& operator[](size_t idx) const { return data[idx]; }  
    char& at(size_t idx) {  
        if (idx >= size) throw std::out_of_range("Index out of range");  
        return data[idx];  
    }  
    // 修改字符串  
    void clear() {  
        delete[] data;  
        data = new char[1];  
        data[0] = '\0';  
        size = 0;  
        capacity = 0;  
    }  
    void append(const MyString& other) {  
        size_t new_size = size + other.size;  
        if (new_size > capacity) {  
            reserve(new_size);  
        }  
        std::strcat(data, other.data);  
        size = new_size;  
    }  
    void reserve(size_t new_capacity) {  
        if (new_capacity > capacity) {  
            char* new_data = new char[new_capacity + 1];  
            std::strcpy(new_data, data);  
            delete[] data;  
            data = new_data;  
            capacity = new_capacity;  
        }  
    }  
    // 运算符重载  
    MyString operator+(const MyString& other) const {  
        MyString result(*this);  
        result.append(other);  
        return result;  
    }  
};  
int main() {  
    MyString str1("Hello");  
    MyString str2(" World!");  
    MyString str3 = str1 + str2;  
    std::cout << str3[0] << str3[1] << str3[2] << str3[3] << str3[4] << std::endl; // Prints: Hello  
    return 0;  
}  

说明

1. 内存管理：通过使用 new 和 delete，管理字符串的分配和释放。
2. 字符串操作：实现了基本的字符串连接和访问，这也可以扩展到更多的字符串操作。
3. 异常处理：at() 方法演示了如何处理异常，如访问越界。
4. 对象语义：实现复制和移动语义，以确保对象的高效管理和使用。

这个实现仅仅是一个简单的示例，实际的 std::string 类要复杂得多，包括更多的优化和特性。你可以在此基础上扩展其他功能，如输入输出运算符重载、更多的字符串操作、改进的内存管理等。