【C++学习手札】模拟实现vector

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目录

一、vector实际的底层原理

二、vector的模拟实现

         迭代器相关

         基本操作（迭代器失效问题）

        插入 

        删除 

        push_back（）

        pop_back（）

         swap（）

         基本成员函数

         构造函数

        拷贝构造函数 

        析构函数 

        赋值运算符 

         空间管理

        基本状态 

         扩容操作

        resize（） 

         重载[ ]（最爱的运算符！！！）

 三、整体代码

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一、vector实际的底层原理

        C++中的vector底层实现是一个动态数组，也被称为可变数组。当向vector添加元素时，如果数组已经被填满，vector会自动创建一个更大的数组，将原有数据复制到新数组中，并将新元素添加到新数组中。这种自动扩容的机制使得vector能够封装任意数量的对象，而不必关心底层的数组大小。

        vector的成员变量同前面我们学的string不一样，他是通过使用指针来控制起始位置、最后一个数据位置、最大容量位置。定义如下：

class vector
{
public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;
private:iterator _start;  iterator _finish;iterator _endofstorage;
};

        配合图解明白： 

二、vector的模拟实现

         迭代器相关

        // Vector的迭代器是一个原生指针typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}

         基本操作（迭代器失效问题）

        插入 

        在插入元素期间，可能会引起扩容，让三个指针都指向新的空间，原空间被释放，从而导致原来的迭代器指向的空间错误，对此我们可以返回新的空间的地址解决。

 iterator insert(iterator pos, const T& x)//迭代器失效，返回新的迭代器解决{assert(pos >= _start);assert(pos <= finish);if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start;//避免位置错误,因为在扩容后_start的地址会变化reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = start + len;//恢复位置}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos)//从后往前挪{*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}

        删除 

         删除由于受限制，在这里实现的时候只能通过返回指针来控制删除。通常在使用 erase 进行删除时，我们需要额外定义一个迭代器来接受原迭代器，通过选择语句来进行批量删除的判断。有如下例子：（我们要删除迭代器中可以被2整除的数，以此解决迭代器的问题）

 

iterator erase(Iterator pos)//迭代器失效，返回新的迭代器解决{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;//定义一个变量用于删除while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}

        push_back（）

        复用以上insert的操作，简化代码 。

 void push_back(const T& x){/*if (_finish == _endofstorage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;*/insert(end(), x);}

        pop_back（）

            void pop_back(){assert(!empty());--_finish;}

         swap（）

            void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}

         基本成员函数

        主要是复用上面的基本操作以此来简化代码。 

         构造函数

            vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_endOfStorage(nullptr){}

        在构造时，由于我们都要初始化。我们可以直接给成员变量在定义时就给缺省值，剩下的两个分别是根据指定数量、指定初始化值，以及根据迭代器构造。 

            vector(){}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}

        拷贝构造函数 

        特别注意，在进行拷贝构造时，不要使用memcpy，在对诸如：string等类型进行拷贝时，执行的是浅拷贝。我们在这复用push_back()来进行拷贝构造。

vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}}

        析构函数 

        需要释放在堆上动态开辟的空间，并且将指针置空，防止野指针。

        ~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}

        赋值运算符 

        vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return *this;}

         空间管理

        基本状态 

        size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}bool empty()const{return size() == 0;}

         扩容操作

        注意这里不能使用memcpy进行对原有数据的拷贝操作，使用memcpy对于一些存储结构，如string等所做的是浅拷贝的操作。对此，使用会造成很多问题。

        void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];size_t sz = size();if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz)//这里用memcpy这里会导致string的vector出错，浅拷贝问题for (size_t i = 0; i < sz; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endOfStorage = _start + n;}}

        resize（） 

         如果要扩的空间(n)小于当前数据个数，则截取数据。如果要扩的空间(n)大于当前数据个数则扩容。

        void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n < size()){_finish =_start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}

         重载[ ]（最爱的运算符！！！）

        T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}

 三、整体代码

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 01
#include<iostream>
using namespace std;namespace lt{template<class T>class vector{public:// Vector的迭代器是一个原生指针typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}// construct and destroyvector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_endOfStorage(nullptr){}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}}vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}// capacitysize_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}bool empty()const{return size() == 0;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];size_t sz = size();if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz)//这里用memcpy这里会导致string的vector出错，浅拷贝问题for (size_t i = 0; i < sz; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endOfStorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n < size()){_finish =_start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}///access///T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}///modify/void push_back(const T& x){/*if (_finish == _endofstorage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;*/insert(end(), x);}void pop_back(){assert(!empty());--_finish;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}iterator insert(iterator pos, const T& x)//迭代器失效，返回新的迭代器解决{assert(pos >= _start);assert(pos <= finish);if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start;//避免位置错误,因为在扩容后_start的地址会变化reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = start + len;//恢复位置}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos)//从后往前挪{*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;}iterator erase(Iterator pos)//迭代器失效，返回新的迭代器解决{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;//定义一个变量用于删除while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}private:iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾};}

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                       感谢你耐心的看到这里ღ( ´･ᴗ･` )比心，如有哪里有错误请踢一脚作者o(╥﹏╥)o！ 

                                       

                                                                         给个三连再走嘛~