vector模拟实现【C++】

全部的实现代码放在了文章末尾

准备工作

创建两个文件，一个头文件myvector.hpp，一个源文件 tesr.cpp
【因为模板的声明和定义不能分处于不同的文件中，所以把成员函数的声明和定义放在了同一个文件myvector.hpp中】

1. mystring.h：存放包含的头文件，命名空间的定义，成员函数和命名空间中的函数的定义

2. test.cpp：存放main函数，以及测试代码

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包含头文件

1. iostream：用于输入输出

2. assert.h：用于使用报错函数assert

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定义命名空间和类

在文件myvector.hpp中定义上一个命名空间myvector
把vector类和它的成员函数放进命名空间封装起来，防止与包含的头文件中的函数/变量重名的冲突问题

类的成员变量

参考了stl源码中的vector的实现
成员变量有3个，都是迭代器

画图理解一下

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迭代器

迭代器
因为存放数据的空间是从堆区申请的连续的内存，且只是简单模拟

所以我用了指针T*作为普通迭代器，const T*作为const迭代器
【T是vector中存储的数据的类型】

直接把T*重命名为iterator，把const T*重命名为const_iterator就完成了迭代器的实现

迭代器获取函数

因为const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数
所以如果是const修饰的对象调用begin()和end()的时候，就会自动调用到const修饰的begin和end.

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构造函数

默认构造

因为stl库里实现的默认构造是没开空间的，所以默认构造直接让3个成员变量都为nullptr就行

直接在声明的时候给缺省值，缺省值会传给成员初始化列表
即

而成员初始化列表会比构造函数先调用
并且每个构造函数调用之前都会先调用成员初始化列表，这样不管调用哪一个构造函数初始化，都会先把3个成员变量初始化成nullptr

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使用n个值构造

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迭代器区间构造

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解决迭代器区间构造和用n个值构造的冲突

当重载了迭代器区间构造和用n个值构造的时候
如果传入的两个参数都是int类型的话就会报错

为什么？
因为在模板函数构成重载时，编译器会调用更合适的那一个
什么叫更合适？
就是不会类型转

如果传入的两个参数都是int类型，那么调用的应该是使用n个值构造，因为没有int类型的迭代器

但是使用n个值构造的第一个参数是size_t,int传进去要隐式类型转换
而调用迭代器区间构造，两个int的实参传进去，就会直接把InputIterator推导成int，不会发生类型转换，所以编译器会调用迭代器区间构造

解决方法：
再重载一个使用n个值构造的函数，把第一个参数改成int

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拷贝构造

因为成员申请了堆区空间，所以要深拷贝
【不知道什么是深拷贝的可以看我这篇文章：类和对象【三】析构函数和拷贝构造函数】

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析构函数

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swap【交换函数】

因为存放数据的空间是在堆区开辟的，用3个成员变量去指向的

所以直接交换两个对象的成员变量就可以了

不需要拷贝数据

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赋值运算符重载

因为成员申请了堆区空间，所以要深拷贝
【不知道什么是深拷贝的可以看我这篇文章：类和对象【三】析构函数和拷贝构造函数】

为什么上面的两句代码就可以完成深拷贝呢？
这是因为：

使用了传值传参，会在传参之前调用拷贝构造，再把拷贝构造出的临时对象作为参数传递进去

赋值运算符的左操作数，*this再与传入的临时对象obj交换，就直接完成了拷贝

在函数结束之后，存储在栈区的obj再函数结束之后，obj生命周期结束

obj调用析构函数，把指向的从*this那里交换来的不需要的空间销毁

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empty

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size和capacity

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operator[]

因为
const修饰的对象只能调用const修饰的成员函数

所以const对象只会调用下面的那个重载

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reserve【调整容量大小】

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resize【调整size大小】

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push_back

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assign【把所有数据替换成迭代器区间中的数据】

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insert

	iterator insert(iterator pos, const T& val){assert(pos <= _finish);  防止插入的位置是 越界的if (_finish == _end_of_storage)  如果容量满了{记录一下扩容前的pos与start的相对位置因为扩容的话会导致pos迭代器失效size_t n = pos-_start;if (capacity() == 0)  如果容量为0reserve(2);else  容量不为0，就扩2倍reserve(capacity() * 2);更新pospos = _start + n;}iterator it = end()-1;把pos及其之后的数据向后挪动一位while (it >= pos){*(it + 1) = *it;it--;}_finish++;*pos = val;插入数据返回指向新插入的数据的迭代器  用于处理迭代器失效问题return pos-1;}

为什么扩容会导致pos迭代器失效？

因为扩容之后原来的空间被释放了
又因为使用的扩容方式是reserve所以那3个成员变量的值扩容后可以指向正确的位置。
但是pos如果不更新的话，就还是指向被释放的空间，就成了野指针了。

更新方法也很简单，保存扩容之前的pos与start的相对距离n，扩容之后再让pos=_start+n就可以了。

为什么要返回pos-1？

这是stl库里面处理迭代器失效的方法之一
因为我们在使用stl库里面的insert函数的时候，是不知道什么时候会扩容的【每个平台实现的vector是不同的】
只能默认使用了之后传进去pos，在调用一次insert之后就失效了，失效的迭代器是不能使用的。
所以如果还要用pos就要把它更新一下，stl库里提供的更新方式就是：
==让pos接收insert的返回值。【pos是传值调用，形参改变不影响实参】==并且规定insert的返回值要是指向新插入的数据的迭代器

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erase

为什么要返回pos？

因为使用了erase之后的迭代器也会失效，需要提供更新的方法

为什么使用了erase之后的迭代器会失效？

1. 不确定是否删除到一定数据时，会不会减小容量，以适应size
   此时和insert的一样，因为不能部分释放，所以会把原来的空间释放掉，申请新空间
2. 不确定是否删除的是最后一个数据，如果是那么调用完erase之后pos指向的就
   不是vector的有效数据范围了

所以和insert一样，调用了erase之后如果还要使用pos，就要接收返回值。

stl库里面规定erase的返回值是指向删除数据的下一个数据的迭代器，因为挪动覆盖的原因，下一个数据就是pos指向的数据，所以返回pos【没有接收返回值的迭代器，在检测较严格的编译器中，不管指向的位置是否正确，都会禁止使用，使用了就报错】

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全部代码

#include<iostream>
#include<assert.h>using namespace std;namespace myvector
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}vector(size_t n,const T& val=T()){_start = new T[n];//从堆区可容纳申请n个元素大小的空间_finish = _start;//还没有 有效数据 时start与finish重合_end_of_storage = _start + n;//指向最大容量 的 下一个位置for (size_t i = 0; i < n; i++)//循环n次{push_back(val);//把数据尾插进去}}vector(int n, const T& val = T()){_start = new T[n];_finish = _start;_end_of_storage = _start + n;for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){//使用迭代器进行循环while (first != last){push_back(*first);//把数据尾插进去++first;}}void swap(vector<T>& obj){//使用库里面的swap交换3个成员变量std::swap(_start, obj._start);std::swap(_finish, obj._finish);std::swap(_end_of_storage, obj._end_of_storage);}vector(const vector<T>& obj){size_t size = obj.size();//记录有效数据个数size_t capacity = obj.capacity();//记录容量大小_start = new T[capacity];//申请与obj相同大小的空间_end_of_storage = _start + capacity;//指向最大容量 的 下一个位置for (size_t i = 0; i < size; i++)//循环size次{_start[i] = obj._start[i];//把有效数据拷贝过去}_finish = _start + size;//指向最后一个有效数据的  下一个 位置}~vector(){//释放从堆区申请的空间delete[] _start;//把3个成员变量  置空_start = nullptr;_finish = nullptr;_end_of_storage = nullptr;}vector<T>& operator= (vector<T> obj){swap(obj);return *this;}bool empty() const{//如果size等于0，就是空的return size() == 0;}size_t size()const{//finish指向最后一个有效数据的 下一个//start指向第一个有效数据//两个指针相减就是  两个指针之间的  数据个数return _finish - _start;}size_t capacity()const{//end_of_storage指向最大容量的 下一个位置//start指向第一个有效数据//两个指针相减就是  两个指针之间的  数据个数return _end_of_storage - _start;}T& operator[] (size_t n){//防止越界访问assert(n < size());//因为start是T*类型，所以可以像数组一样直接随机访问return _start[n];}const T& operator[] (size_t n) const{//防止越界访问assert(n < size());//因为start是T*类型，所以可以像数组一样直接随机访问return _start[n];}iterator begin()//普通起始迭代器{return _start;}iterator end()// 普通结束迭代器{return _finish;}const_iterator begin()const//const起始迭代器{return _start;}const_iterator end()const//const结束迭代器{return _finish;}void reserve(size_t n){if (n > capacity())//要调整的容量n，大于capacity才扩容{size_t origsize = size();//记录扩容前的sizeT* tmp = new T[n];//申请空间//把原来的数据拷贝到  新空间for (size_t i = 0; i <origsize; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;//释放旧空间//让成员变量指向  新的空间的相对位置_start = tmp;_finish = _start + origsize;_end_of_storage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& val = T()){if (size() == n)//如果size与要调整的n相等return;//直接返回else if (size() < n)//如果size小于n{if (n > capacity())//如果n大于capacity{reserve(n);//把容量调整到n}//再把size到n 之间的空间用  val填上for (size_t i = size(); i < n; i++){push_back(val);}}else//如果size  大于  n{//就调整标识有效数据的末尾的finish//让size=_finish - _start = n_finish = _start + n;}}void push_back(const T&val){if (_end_of_storage == nullptr)//如果容量为0{reserve(2);//把容量调整到可容纳 2个元素大小}else if (_finish==_end_of_storage)//容量满了{reserve(capacity()*2);//扩容}//在下标为size【最后一个有效数据的下一个】//插入值_start[size()] = val;_finish++;//更新有效数据的末尾}void pop_back(){assret(size() > 0);_finish--;}template <class InputIterator>void assign(InputIterator first, InputIterator last){delete[] _start;//释放原来申请的空间//把3个成员变量置空_start = nullptr;_finish = nullptr;_end_of_storage = nullptr;while (first != last){//一个一个尾插进去push_back(*first);++first;}}iterator insert(iterator pos, const T& val){assert(pos <= _finish);//防止插入的位置是 越界的if (_finish == _end_of_storage)//如果容量满了{//记录一下扩容前的pos与start的相对位置//因为扩容的话会导致pos迭代器失效size_t n = pos-_start;if (capacity() == 0)//如果容量为0reserve(2);else//容量不为0，就扩2倍reserve(capacity() * 2);//更新pospos = _start + n;}iterator it = end()-1;//把pos及其之后的数据向后挪动一位while (it >= pos){*(it + 1) = *it;it--;}_finish++;*pos = val;//插入数据return pos-1;}template <class InputIterator>void insert(iterator pos, InputIterator first, InputIterator last){assert(pos <= _finish);size_t len = 0;InputIterator in = first;while (in != last){in++;len++;}if (_finish + len >= _end_of_storage){size_t n = pos - _start;if (capacity() == 0){reserve(len);}reserve(capacity()+len);pos = _start + n;}iterator it = end() - 1;while (it >= pos){*(it + len) = *it;it--;}_finish+=len;it = pos;while (it != pos + len){*it = *first;it++;first++;}}iterator erase(iterator pos){// 防止传入的pos 是越界的assert(pos < _finish);iterator it = pos;//把pos之后的数据都向前挪动一位，把pos指向的位置给覆盖掉while (it <end()-1){*it = *(it + 1);it++;}//更新数据末尾 迭代器_finish--;//返回posreturn pos;}iterator erase(iterator first, iterator last){assert(first >= begin());assert(last <= end());iterator fi = first;iterator la = last;size_t len = last - first;while (la != end()){*fi = *la;fi++;la++;}_finish -= len;return first;}private://start指向从堆区申请的空间的  起始  位置，与begin()返回的迭代器相等//标识有效数组的开始iterator _start = nullptr;//finish指向  最后一个有效数据的  下一个位置，与end()返回的迭代器相等//标识有效数据的结束iterator _finish = nullptr;//_end_of_storage指向从堆区申请的空间的 末尾的 下一个位置//标识容量iterator _end_of_storage = nullptr;};
}