C语言怎么实现动态扩容的string

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一个好的string应该有以下功能？

创建字符串

删除字符串

尾部追加字符串

头部插入字符串

从尾部删除N个字符

从头部删除N个字符

裁剪字符串

获取字符串长度

获取完整字符串

下面，我们来看看各个功能的实现。

首先定义一个string的句柄，相当于C++中的实例。

struct c_string;
typedef struct c_string c_string_t;

在内部string的实现如下：

// string的初始内存大小
static const size_t c_string_min_size = 32;

struct c_string {
    char *str; // 字符串指针
    size_t alloced; // 已分配的内存大小
    size_t len; // 字符串的实际长度
};

创建字符串：

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 = '';
    // 初始分配内存大小是32，之后每次以2倍大小扩容
    cs->alloced = c_string_min_size; 
    cs->len = 0;

    return cs;
}

销毁字符串：

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

内部如何扩容呢：

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 < cs->len + add_len + 1) {
        cs->alloced <<= 1; // 每次以2倍大小扩容
        if (cs->alloced == 0) {
            // 左移到最后可能会变为0，由于alloced是无符号型，减一则会变成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 == '') return;

    if (len == 0) len = strlen(str);

    c_string_ensure_space(cs, len); // 确保内部有足够的空间存储字符串
    memmove(cs->str + cs->len, str, len);
    cs->len += len;
    cs->str[cs->len] = '';
}

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] = '';
}

在尾部追加整数：

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

    if (cs == NULL) return;

    snprintf(str, sizeof(str), "%d", val); // 整数转为字符串
    c_string_append_str(cs, str, 0);
}

在头部插入字符串：

void c_string_front_str(c_string_t *cs, const char *str, size_t len) {
    if (cs == NULL || str == NULL || *str == '') 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] = '';
}

在头部插入字符：

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] = '';
}

在头部插入整数：

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] = '';
}

删除头部的N个字符：

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);
}

删除尾部的N个字符：

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] = '';
}

获取字符串的长度：

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

返回字符串指针，使用的是内部的内存：

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

重新分配一块内存存储字符串返回：

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;
}

测试代码如下：

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 
", c_string_peek(cs));
    c_string_front_str(cs, "789", 0);
    printf("%s 
", c_string_peek(cs));
    c_string_drop_begin(cs, 2);
    printf("%s 
", c_string_peek(cs));
    c_string_drop_end(cs, 2);
    printf("%s 
", c_string_peek(cs));
    c_string_destroy(cs);
    return 0;
}

输出：

12345
78912345
912345
9123

完整代码如下：头文件：

#include <stddef.h>

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 <ctype.h>
#include <stdbool.h>
#include <stdlib.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

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 = '';
    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 < cs->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 == '') 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] = '';
}

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] = '';
}

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 == '') 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] = '';
}

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] = '';
}

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] = '';
}

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] = '';
}

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;
}