C++ vector类的模拟实现
vector和string虽然底层都是通过顺序表来实现的，但是他们利用顺序表的方式不同，string是指定好了类型，通过使用顺序表来存储并对数据进行操作，而vector是利用了C++中的泛型模板，可以存储任何类型的数据，并且在vector中，并没有什么有效字符和容量大小的说法，底层都是通过迭代器进行操作的，迭代器底层实现也就是指针，所以说，vector是利用指针对任何顺序表进行操作的。
vector属性
_start用于指向第一个有效元素_finish用于指向最后一个有效元素的下一个位置_endOfStorage用于指向已经开辟了的空间的最后一个位置的下一个位置- vector的迭代器是原生态T*迭代器
template<class T>
class Vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endOfStorage;
};
构造函数
- 无参默认构造函数，将所有属性都置空
- 以n个val初始化的构造函数，先开辟n个空间，再将这些空间的值都置为val，并更新_finish和_endOfStorage的位置
- 通过迭代器传参初始化的构造函数，使用新的迭代器，通过尾插将数据插入到新的空间
使用新的迭代器的原因是使传入的迭代器可以是任意类型的，如果使用Vector的迭代器，那么传入的迭代器的类型只能和Vector的类型一样，这里拿string举例，创建一个char类型的Vector，Vector，但是传入的迭代器并不是char类型的，可以是字符数组的迭代器或者是string的迭代器。只要通过解引用是char类型就可以
//无参默认构造
Vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endOfStorage(nullptr)
{
}
//n个val的构造函数
Vector(int n, const T& val = T())
:_start(new T[n])
,_finish(_start +n)
,_endOfStorage(_finish)
{
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
_start[i] = val;
}
}
//通过迭代器产生的构造函数
template<class InputIterator>
Vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
while (first != last)
{
pushBack(*first);
++first;
}
}
运行结果在begin() 和end()实现中
size()和capacity()
指针相减得到的值就是这两个指针之间的元素个数
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
pushBack()
- 检查容量，如果_finish和_endOfStorage指针相等，说明容量已经满了，需要开辟更大的空间
- 在_finish位置插入新的数据
- 更新_finish
void pushBack(const T& val)
{
//检查容量
if (_finish == _endOfStorage)
{
size_t newC = _endOfStorage == nullptr ? 1 : 2 * capacity();
reserve(newC);
}
//插入数据
*_finish = val;
//更新finish
++_finish
}
运行结果在begin() 和end()实现中
reserve
- 检查n的合理性，reserve只能扩大不能缩小空间
- 保存有效元素的个数，用于后面更新_finish使用
- 申请空间并将数据拷贝到新的空间中，释放旧的空
- 更新3个成员变量，注意_finish不能更新为_finish+size()，原因是size()是通过两指针运算得出来的，此时的_fiinsh已经指向了释放的空间，再去使用会出错，所以这也是有第二步的原因
以下代码存在浅拷贝问题，文章末尾会给出正确深拷贝代码和详细解释
void reserve(size_t n)
{
//reserve只能扩大空间不能缩小空间
if (n > capacity())
{
//保存有效元素
size_t sz = size();
//申请空间
T* tmp = new T[n];
//将数据拷贝到新的空间
if (_start != nullptr)
{
//拷贝有效元素
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
//更新
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
运行结果在begin() 和end()实现中
begin() 和end()
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
有了begin()和end就可以使用范围for
template<class T>
void printVectorFor(Vector<T>& vec)
{
for (auto& e : vec)
{
cout << e;
}
cout << endl;
}
[]运算符重载
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
resize()
- n <= size 直接更新_finish的位置即可
- size < n <= capacity，从_finish开始补充元素，补充到_start+n的位置，然后执行第一步
- n > capacity 增容，执行第二和第一步
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
//3.n >= capacity
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
//2.size < n <= capacity
if (n > size())
{
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
//1.n<=size
_finish = _start + n;
}
insert()
- 检查插入的位置的有效性[_start, _finish)
- 检查容量，由于增容会导致pos迭代器失效，所以我们可以先保存pos对于_start的偏移量
offset，增容后，再将pos重新赋值pos=_start+offset - 移动元素，从后往前移动，最后将pos位置的元素置为val
- 更新_finish
void insert(iterator pos, const T& val)
{
//检查位置有效性
assert(pos >= _start || pos < _finish);
//检查容量
if (_finish == _endOfStorage)
{
//增容会导致迭代器失效
//保存pos和_start的偏移量
size_t offset = pos - _start;
size_t newC = _endOfStorage == nullptr ? 1 : 2 * capacity();
reserve(newC);
//更新pos
pos = _start + offset;
}
//移动元素
iterator end = _finish;
while (end != pos)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
//插入
*pos = val;
//更新
++_finish;
}
erase()
- 检查位置有效性
- 移动元素，从前向后移动
- 更新_finish
iterator erase(iterator pos)
{
//检查位置有效性
assert(pos >= _start || pos < _finish);
//移动元素，从前往后
iterator start = pos + 1;
while (start != _finish)
{
*(start - 1) = *start;
++start;
}
//更新
--_finish;
}
void popBack()
利用erase接口进行尾删
void popBack()
{
if (size() > 0)
erase(end() - 1);
}
析构函数
~Vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
}
算法库中的find
头文件
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
参数内容(从迭代器的begin起到end中，找到val值，找到返回该值所在的迭代器，找不到返回end)
reserve的深浅拷贝问题
当我门使用自定义类型时，使用浅拷贝是效率最高的，但是当我们使用自定义类型时，并且存在内存资源的利用，就必须时刻注意存在的深浅拷贝问题。来看以下代码测试
void test()
{
Vector<string> v;
string str1 = "123";
string str2 = "456";
string str3 = "789";
v.pushBack(str1);
v.pushBack(str2);
v.pushBack(str3);
}
调试结果：
当我们在插入第三个字符串时，就发生了内存异常的问题，我们来看看到底是什么问题。
第一次插入str1，没有问题
第二次插入str2，插入之前我们会扩容，会创建2倍大的空间tmp，然后通过memcpy内存拷贝(浅拷贝)将内容拷贝到tmp中，此时就有两个指向指向一个资源(123)，拷贝完后delete[]要删除原有空间，将123释放后，其实现在新的空间的第一个元素指向的是一个已经释放了的空间，但是问题并没有暴露出来，第二个元素的插入也没有问题
第三次str3的插入，这次插入也会进行扩容，会先开辟一个2倍大的空间tmp，然后通过memcpy内存拷贝(浅拷贝)将内容拷贝到tmp中，此时有两个指针指向已经释放的资源（123），有两个指针指向资源（456），当拷贝完成后会释放旧的空间，当释放原指针指向的（456）时不会报错，原因和第二次插入原因一样。但是释放原有空的第一个指针时，就会发生内存报错异常，原因是资源（123）已经被释放了，如果再释放就属于二次释放，是不安全的。内存错误就报异常。
所以我们在扩容的时候不应该只是单纯的浅拷贝，也就是使用memcpy来拷贝内容，我们应该要使用深拷贝。将memcpy改为for (size_t i = 0; i < sz; ++i){tmp[i] = _start[i];}
整体代码如下：
void reserve(size_t n)
{
//reserve只能扩大空间不能缩小空间
if (n > capacity())
{
//保存有效元素
size_t sz = size();
//申请空间
T* tmp = new T[n];
//将数据拷贝到新的空间
if (_start != nullptr)
{
//拷贝有效元素
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
//深拷贝
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
//调用自定义类型的赋值运算符重载函数，完成深拷贝
//前提是该重载函数也是深拷贝，string是STL库中，是被深拷贝处理过
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
//更新
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}