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C語言如何實現(xiàn)動態(tài)擴容的string

時間：2020-10-24 22:18:25
關鍵字： C語言    嵌入式   
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[導讀]最近工作中使用C語言，但又苦于沒有高效的字符串實現(xiàn)，字符串的拼接和裁剪都比較麻煩，而且每個字符串都需要申請內(nèi)存，內(nèi)存的申請和釋放也很容易出bug，怎么高效的實現(xiàn)一個不需要處理內(nèi)存問題并且可以動態(tài)擴容進行拼接和裁剪的string呢？

又好久沒更新了，最近程序喵工作實在是太忙，業(yè)余時間也在學習新知識醞釀大招，便于后期更新好文，最近先水幾篇吧，大家有想了解的知識點可以在文末讀者討論中留言哈！

眾所周知，C++ 中的string使用比較方便，關于C++ 中的string源碼實現(xiàn)可以看我的這篇文章：源碼分析C++的string的實現(xiàn)
最近工作中使用C語言，但又苦于沒有高效的字符串實現(xiàn)，字符串的拼接和裁剪都比較麻煩，而且每個字符串都需要申請內(nèi)存，內(nèi)存的申請和釋放也很容易出bug，怎么高效的實現(xiàn)一個不需要處理內(nèi)存問題并且可以動態(tài)擴容進行拼接和裁剪的string呢？

一個好的string應該有以下功能？

  • 創(chuàng)建字符串
  • 刪除字符串
  • 尾部追加字符串
  • 頭部插入字符串
  • 從尾部刪除N個字符
  • 從頭部刪除N個字符
  • 裁剪字符串
  • 獲取字符串長度
  • 獲取完整字符串

下面來看看各個功能的實現(xiàn)：
首先定義一個string的句柄，相當于C++中的實例

struct?c_string;
typedef?struct?c_string?c_string_t;

在內(nèi)部string的實現(xiàn)如下：

//?string的初始內(nèi)存大小
static?const?size_t?c_string_min_size?=?32;

struct?c_string?{
????char?*str;?//?字符串指針
????size_t?alloced;?//?已分配的內(nèi)存大小
????size_t?len;?//?字符串的實際長度
};

創(chuàng)建字符串：

c_string_t?*c_string_create(void)?{
????c_string_t?*cs;

????cs?=?calloc(1,?sizeof(*cs));
????cs->str?=?malloc(c_string_min_size);
????*cs->str?=?'\0';
????//?初始分配內(nèi)存大小是32，之后每次以2倍大小擴容
????cs->alloced?=?c_string_min_size;?
????cs->len?=?0;

????return?cs;
}

銷毀字符串：

void?c_string_destroy(c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????free(cs->str);
????free(cs);
}

內(nèi)部如何擴容呢：

static?void?c_string_ensure_space(c_string_t?*cs,?size_t?add_len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?add_len?==?0)?return;

????if?(cs->alloced?>=?cs->len?+?add_len?+?1)?return;

????while?(cs->alloced?len?+?add_len?+?1)?{
????????cs->alloced?<<=?1;?//?每次以2倍大小擴容
????????if?(cs->alloced?==?0)?{
????????????//?左移到最后可能會變?yōu)?，由于alloced是無符號型，減一則會變成UINT_MAX
????????????cs->alloced--;
????????}
????}
????cs->str?=?realloc(cs->str,?cs->alloced);
}

在尾部追加字符串：

void?c_string_append_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?str?==?NULL?||?*str?==?'\0')?return;

????if?(len?==?0)?len?=?strlen(str);

????c_string_ensure_space(cs,?len);?//?確保內(nèi)部有足夠的空間存儲字符串
????memmove(cs->str?+?cs->len,?str,?len);
????cs->len?+=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

在尾部追加字符：

void?c_string_append_char(c_string_t?*cs,?char?c)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_ensure_space(cs,?1);
????cs->str[cs->len]?=?c;
????cs->len++;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

在尾部追加整數(shù)：

void?c_string_append_int(c_string_t?*cs,?int?val)?{
????char?str[12];

????if?(cs?==?NULL)?return;

????snprintf(str,?sizeof(str),?"%d",?val);?//?整數(shù)轉(zhuǎn)為字符串
????c_string_append_str(cs,?str,?0);
}

在頭部插入字符串：

void?c_string_front_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?str?==?NULL?||?*str?==?'\0')?return;

????if?(len?==?0)?len?=?strlen(str);

????c_string_ensure_space(cs,?len);
????memmove(cs->str?+?len,?cs->str,?cs->len);
????memmove(cs->str,?str,?len);
????cs->len?+=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

在頭部插入字符：

void?c_string_front_char(c_string_t?*cs,?char?c)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_ensure_space(cs,?1);
????memmove(cs->str?+?1,?cs->str,?cs->len);
????cs->str[0]?=?c;
????cs->len++;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

在頭部插入整數(shù)：

void?c_string_front_int(c_string_t?*cs,?int?val)?{
????char?str[12];

????if?(cs?==?NULL)?return;

????snprintf(str,?sizeof(str),?"%d",?val);
????c_string_front_str(cs,?str,?0);
}

清空字符串：

void?c_string_clear(c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_truncate(cs,?0);
}

裁剪字符串：

void?c_string_truncate(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?>=?cs->len)?return;

????cs->len?=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

刪除頭部的N個字符：

void?c_string_drop_begin(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?==?0)?return;

????if?(len?>=?cs->len)?{
????????c_string_clear(cs);
????????return;
????}

????cs->len?-=?len;
????memmove(cs->str,?cs->str?+?len,?cs->len?+?1);
}

刪除尾部的N個字符：

void?c_string_drop_end(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?==?0)?return;

????if?(len?>=?cs->len)?{
????????c_string_clear(cs);
????????return;
????}
????cs->len?-=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

獲取字符串的長度：

size_t?c_string_len(const?c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return?0;
????return?cs->len;
}

返回字符串指針，使用的是內(nèi)部的內(nèi)存：

const?char?*c_string_peek(const?c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return?NULL;
????return?cs->str;
}

重新分配一塊內(nèi)存存儲字符串返回：

char?*c_string_dump(const?c_string_t?*cs,?size_t?*len)?{
????char?*out;

????if?(cs?==?NULL)?return?NULL;

????if?(len?!=?NULL)?*len?=?cs->len;
????out?=?malloc(cs->len?+?1);
????memcpy(out,?cs->str,?cs->len?+?1);
????return?out;
}

測試代碼如下：

int?main()?{
????c_string_t?*cs?=?c_string_create();
????c_string_append_str(cs,?"123",?0);
????c_string_append_char(cs,?'4');
????c_string_append_int(cs,?5);
????printf("%s?\n",?c_string_peek(cs));
????c_string_front_str(cs,?"789",?0);
????printf("%s?\n",?c_string_peek(cs));
????c_string_drop_begin(cs,?2);
????printf("%s?\n",?c_string_peek(cs));
????c_string_drop_end(cs,?2);
????printf("%s?\n",?c_string_peek(cs));
????c_string_destroy(cs);
????return?0;
}

輸出：

12345
78912345
912345
9123

完整代碼如下：頭文件：

#include?

struct?c_string;
typedef?struct?c_string?c_string_t;

c_string_t?*c_string_create(void);

void?c_string_destroy(c_string_t?*cs);

void?c_string_append_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len);

void?c_string_append_char(c_string_t?*cs,?char?c);

void?c_string_append_int(c_string_t?*cs,?int?val);

void?c_string_front_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len);

void?c_string_front_char(c_string_t?*cs,?char?c);

void?c_string_front_int(c_string_t?*cs,?int?val);

void?c_string_clear(c_string_t?*cs);

void?c_string_truncate(c_string_t?*cs,?size_t?len);

void?c_string_drop_begin(c_string_t?*cs,?size_t?len);

void?c_string_drop_end(c_string_t?*cs,?size_t?len);

size_t?c_string_len(const?c_string_t?*cs);

const?char?*c_string_peek(const?c_string_t?*cs);

char?*c_string_dump(const?c_string_t?*cs,?size_t?*len);

源文件：

#include?
#include?
#include?
#include?
#include?

static?const?size_t?c_string_min_size?=?32;

struct?c_string?{
????char?*str;
????size_t?alloced;
????size_t?len;
};

c_string_t?*c_string_create(void)?{
????c_string_t?*cs;

????cs?=?calloc(1,?sizeof(*cs));
????cs->str?=?malloc(c_string_min_size);
????*cs->str?=?'\0';
????cs->alloced?=?c_string_min_size;
????cs->len?=?0;

????return?cs;
}

void?c_string_destroy(c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????free(cs->str);
????free(cs);
}

static?void?c_string_ensure_space(c_string_t?*cs,?size_t?add_len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?add_len?==?0)?return;

????if?(cs->alloced?>=?cs->len?+?add_len?+?1)?return;

????while?(cs->alloced?len?+?add_len?+?1)?{
????????cs->alloced?<<=?1;
????????if?(cs->alloced?==?0)?{
????????????cs->alloced--;
????????}
????}
????cs->str?=?realloc(cs->str,?cs->alloced);
}

void?c_string_append_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?str?==?NULL?||?*str?==?'\0')?return;

????if?(len?==?0)?len?=?strlen(str);

????c_string_ensure_space(cs,?len);
????memmove(cs->str?+?cs->len,?str,?len);
????cs->len?+=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

void?c_string_append_char(c_string_t?*cs,?char?c)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_ensure_space(cs,?1);
????cs->str[cs->len]?=?c;
????cs->len++;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

void?c_string_append_int(c_string_t?*cs,?int?val)?{
????char?str[12];

????if?(cs?==?NULL)?return;

????snprintf(str,?sizeof(str),?"%d",?val);
????c_string_append_str(cs,?str,?0);
}

void?c_string_front_str(c_string_t?*cs,?const?char?*str,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?str?==?NULL?||?*str?==?'\0')?return;

????if?(len?==?0)?len?=?strlen(str);

????c_string_ensure_space(cs,?len);
????memmove(cs->str?+?len,?cs->str,?cs->len);
????memmove(cs->str,?str,?len);
????cs->len?+=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

void?c_string_front_char(c_string_t?*cs,?char?c)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_ensure_space(cs,?1);
????memmove(cs->str?+?1,?cs->str,?cs->len);
????cs->str[0]?=?c;
????cs->len++;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

void?c_string_front_int(c_string_t?*cs,?int?val)?{
????char?str[12];

????if?(cs?==?NULL)?return;

????snprintf(str,?sizeof(str),?"%d",?val);
????c_string_front_str(cs,?str,?0);
}

void?c_string_clear(c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return;
????c_string_truncate(cs,?0);
}

void?c_string_truncate(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?>=?cs->len)?return;

????cs->len?=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

void?c_string_drop_begin(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?==?0)?return;

????if?(len?>=?cs->len)?{
????????c_string_clear(cs);
????????return;
????}

????cs->len?-=?len;
????/*?+1?to?move?the?NULL.?*/
????memmove(cs->str,?cs->str?+?len,?cs->len?+?1);
}

void?c_string_drop_end(c_string_t?*cs,?size_t?len)?{
????if?(cs?==?NULL?||?len?==?0)?return;

????if?(len?>=?cs->len)?{
????????c_string_clear(cs);
????????return;
????}
????cs->len?-=?len;
????cs->str[cs->len]?=?'\0';
}

size_t?c_string_len(const?c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return?0;
????return?cs->len;
}

const?char?*c_string_peek(const?c_string_t?*cs)?{
????if?(cs?==?NULL)?return?NULL;
????return?cs->str;
}

char?*c_string_dump(const?c_string_t?*cs,?size_t?*len)?{
????char?*out;

????if?(cs?==?NULL)?return?NULL;

????if?(len?!=?NULL)?*len?=?cs->len;
????out?=?malloc(cs->len?+?1);
????memcpy(out,?cs->str,?cs->len?+?1);
????return?out;
}

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