C++ 實現 String 類：構造、拷貝、析構、運算符重載完整版

String 類設計目標

手動實現動態字符串管理，包含：

• 構造函數（普通/拷貝）、析構函數、賦值運算符
• 運算符重載：>>、<<、==、>、<、=
• 深拷貝語義，防止淺拷貝導致雙重釋放

類定義

class String {
public:
    String(const char* str = NULL);        // 普通構造
    String(const String& other);           // 拷貝構造
    ~String();                             // 析構
    String& operator=(const String& other); // 賦值重載

    friend bool operator==(const String&, const String&);
    friend bool operator>(const String&, const String&);
    friend bool operator<(const String&, const String&);
    friend ostream& operator<<(ostream&, const String&);
    friend istream& operator>>(istream&, String&);

private:
    char* m_data;
};

關鍵函數實現

構造/析構/拷貝

String::String(const char* str) {
    if (str == NULL) {
        m_data = new char[1];
        *m_data = '\0';
    } else {
        int len = strlen(str);
        m_data = new char[len + 1];
        strcpy(m_data, str);
    }
}

String::~String() { delete[] m_data; }

String::String(const String& other) {
    int len = strlen(other.m_data);
    m_data = new char[len + 1];
    strcpy(m_data, other.m_data);
}

String& String::operator=(const String& other) {
    if (this == &other) return *this;  // 自賦值檢查
    delete[] m_data;
    int len = strlen(other.m_data);
    m_data = new char[len + 1];
    strcpy(m_data, other.m_data);
    return *this;
}

流運算符重載

ostream& operator<<(ostream& os, const String& s) {
    os << s.m_data;
    return os;
}

istream& operator>>(istream& is, String& s) {
    char buf[256];
    is >> buf;
    int len = strlen(buf);
    delete[] s.m_data;
    s.m_data = new char[len + 1];
    strcpy(s.m_data, buf);
    return is;
}

比較運算符

bool operator==(const String& s1, const String& s2) {
    int len1 = strlen(s1.m_data), len2 = strlen(s2.m_data);
    if (len1 != len2) return false;
    for (int i = 0; i < len1; ++i)
        if (s1.m_data[i] != s2.m_data[i]) return false;
    return true;
}

bool operator>(const String& s1, const String& s2) {
    int len = min(strlen(s1.m_data), strlen(s2.m_data));
    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        if (s1.m_data[i] > s2.m_data[i]) return true;
        if (s1.m_data[i] < s2.m_data[i]) return false;
    }
    return strlen(s1.m_data) > strlen(s2.m_data);
}

bool operator<(const String& s1, const String& s2) {
    int len = min(strlen(s1.m_data), strlen(s2.m_data));
    for (int i = 0; i < len; ++i) {
        if (s1.m_data[i] < s2.m_data[i]) return true;
        if (s1.m_data[i] > s2.m_data[i]) return false;
    }
    return strlen(s1.m_data) < strlen(s2.m_data);
}

測試主程序

int main() {
    String s; cin >> s; cout << "s: " << s << endl;
    
    String a = "1234";
    String b(a);   // 拷貝構造
    String c; c = a; // 賦值
    
    cout << "a: " << a << " b: " << b << " c: " << c << endl;
    
    if (s > b) cout << "s > b";
    else if (s < b) cout << "s < b";
    else cout << "s == b";
    cout << endl;
    return 0;
}

核心要點總結

1. 深拷貝：構造/賦值時必須分配新內存並 strcpy
2. 自賦值檢查：if (this == &other) return *this;
3. const 正確性：參數盡量用 const String&
4. 友元函數：比較/流運算符需訪問私有 m_data
5. 異常安全：先刪舊內存再分配新內存，若 new 拋異常對象已損壞（可用 copy-and-swap 改進）

此實現覆蓋了 C++ 類設計的核心：資源管理（RAII）、拷貝控制、運算符重載、流式輸入輸出，是掌握 C++ 底層機制的優秀練習。