【C++】——vector模拟实现和迭代器失效问题

模拟实现

vector基本成员变量

namespace sg
{template<class T>class vector{
public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;
private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;}
};

这里我把成员改成与迭代器相关，更方便我们接下来的使用

vector的构造与析构

//构造函数
vector(const vector<T>& v)
{reserve(v.size()); // 开辟一个空间for (auto& e : v){push_back(e);}
}
//析构函数
~vector()
{if (_start) // 如果_start不为空就析构{delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}
}

vector迭代器

iterator begin()
{return _start;
}
iterator end()
{return _finish;
}
const_iterator begin() const
{return _start;
}
const_iterator end() const
{return _finish;
}

vector容量

bool empty()
{return _start == _finish;
}
void reserve(size_t n)
{size_t old_size = size();T* tmp = new T[n];memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));delete[] _start;_start = tmp;_finish = tmp + old_size;_end_of_storage = _start + n;
}
size_t size()
{return _finish - _start;
}size_t capacity()
{return _end_of_storage - _start;
}void resize(size_t n, T val = T())
{if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}
}

vector元素访问

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

vector修改操作

void push_back(const T& x)
{if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;_finish++;
}
void pop_back()
{assert(!empty());--_finish;
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//扩容if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;
}
void erase(iterator pos)
{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;
}

vector迭代器失效问题

迭代器失效的本质是因为vector的内存管理机制和对动态数组的封装方式。vector的某些操作会导致其底层数组的重新分配，所以原有的迭代器会失效。

什么是迭代器失效

迭代器失效的常见情况：

1. 插入元素：在vector末尾插入元素，除了指向最后一个元素的迭代器以外，其他迭代器依旧有效
   如果在其他位置插入，则指向该插入位置的迭代器和其之后的所有迭代器失效
2. 删除元素：删除元素后，被删除和删除之后的所有迭代器都会失效
3. 重新分配：当vector的大小超过当前容量时，它可能分配需要更大的空间进行存储元素，这种重新分配会导致所有迭代器、指针、引用失效

注意：vector的迭代器失效也和编译器环境有关，有关指报错和运行。在Linux下，g++对于迭代器失效的检查就没这么严格，一般迭代器失效也还能运行，不过运行结果会出错。

1.插入元素导致迭代器失效

int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5 };auto it = v1.begin();v1.insert(v1.begin(), 99); // 在第一个位置插入元素while (it != v1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

插入和删除同理，这里我已删除为例

2.删除元素导致迭代器失效

int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5 };auto it = v1.begin();v1.erase(v1.begin()); // 删除第一个元素while (it != v1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

3.重新分配空间导致迭代器失效

int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5 };auto it = v1.begin();v1.resize(20, 10); // 容量不够，重新分配空间，又叫异地扩容while (it != v1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

如何解决迭代器失效问题

string迭代器失效原因和vector异地扩容类似，需要注意。

解决办法：在使用前重新赋值

int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5 };auto it = v1.begin();v1.resize(20, 10); // 容量不够，重新分配空间，又叫异地扩容it = v1.begin(); // 使用前重新赋值while (it != v1.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}