通过模拟实现不是为了造出来更好的,而是去更深层次的学习。
在STL源码中,vector类维护有三个迭代器(三个类型指针)start, finish, end_of_storage, 分别代表头, 尾(实际使用的), vector 存储尾部(占用的,通常大于实际使用)。
#pragma once
#include
namespace wzy
{
template<class T>
class vector
{
public:
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;
}
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
//使用迭代器进行初始化构造
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(last - first);
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
vector tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
size_t capacity()
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size()
{
return _finish - _start;
}
//这里去引用,不但可以取到还可以对pos这个位置进行修改
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size());
delete[] _start;
_start = tmp;//此时把新空间的头尾等都要给他
//如果你不把_finish和_endofstorage给他,那么他们两个就会成为野指针
_finish = _start + sz; //这里是因为_start是新的,但是_finish是原来的,此时一减再加上_start就变为0了,
//所以需要保留原来的size()大小
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
//resize是不能缩空间的,但是我们可以采取一些方法强制的缩空间的大小,就是在一个局部域里面建立一个tmp的临时对象,然后交换
if (n > capacity())
reserve(n);
if (n < size()) // 这就是画图的第一种情况
{
_finish = _start + n;
}
else
{
//这就是第二种情况,没有超过capacity的大小,但是超过了size的大小
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void check_capacity()
{
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
}
void push_back(const T& x)
{
//只要是插入想到的第一个问题就应该是空间够不够
check_capacity();
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}
//这两个接口有可能会造成迭代器失效的问题
//但是在官方的stl中其实是解决了这个问题,通过的采用返回值的方式,
//返回的新插入数据位置的迭代器,接收可以解决迭代器失效的问题
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
size_t posi = pos - _start;
//只要增容,那么pos迭代器必定失效
check_capacity();
//所以也不管他到底会不会失效的问题了,直接重新把pos的位置给一下
pos = _start + posi;
//必须要倒着挪动,不然会导致数据的覆盖
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator earse(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
}
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样,vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问,和数组一样高效。但是又不像数组,它的大小是可以动态改变的,而且它的大小会被容器自动处理。
- 本质讲,vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候,这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是,分配一个新的数组,然后将全部元素移到这个数组。就时间而言,这是一个相对代价高的任务,因为每当一个新的元素加入到容器的时候,vector并不会每次都重新分配大小。
- vector分配空间策略:vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长,因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何,重新分配都应该是对数增长的间隔大小,以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
- 因此,vector占用了更多的存储空间,为了获得管理存储空间的能力,并且以一种有效的方式动态增长。
- 与其它动态序列容器相比(deques, lists and forward_lists), vector在访问元素的时候更加高效,在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作,效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。
- capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现,vs下capacity是按1.5倍增长的,g++是按2倍增长的。不要固化的认为,顺序表增容都是2倍,具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL,g++是SGI版本STL。
- reserve只负责开辟空间,如果确定知道需要用多少空间,reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
- resize在开空间的同时还会进行初始化,影响size。
迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构,其底层实际就是一个指针,或者是对指针进行了封装,比如:vector的迭代器就是原生态指针T*。因此迭代器失效,实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了,而使用一块已经被释放的空间,造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器,程序可能会崩溃)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有:
- 会引起其底层空间改变的操作,都有可能是迭代器失效,比如:resize、reserve、insert、assign、push_back等。
- 指定位置元素的删除操作–erase erase删除pos位置元素后,pos位置之后的元素会往前搬移,没有导致底层空间的改变,理论上讲迭代器不应该会失效,但是:如果pos刚好是最后一个元素,删完之后pos刚好是end的位置,而end位置是没有元素的,那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时,vs就认为该位置迭代器失效了。
迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可。
//这两个接口有可能会造成迭代器失效的问题
//但是在官方的stl中其实是解决了这个问题,通过的采用返回值的方式,
//返回的新插入数据位置的迭代器,接收可以解决迭代器失效的问题
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
size_t posi = pos - _start;
//只要增容,那么pos迭代器必定失效
check_capacity();
//所以也不管他到底会不会失效的问题了,直接重新把pos的位置给一下
pos = _start + posi;
//必须要倒着挪动,不然会导致数据的覆盖
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator earse(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
这里其实还是有问题的,就在这个memcpy处。如果你的T是一个string类,那么增容你重新开辟空间,里面的每一个string类都会调用自己的构造函数,但是你的memcpy只是进行简单的值拷贝,把原先的地址拷贝过来,此时你新开辟的string类里面的成员变量_str指向的就是你原来的string类成员变量_str的位置,最可怕的就是下一步,会delete原来的空间,此时就会调用析构函数,那么你的_str所开的空间就会被释放,然后才会free掉整个vector所开辟的空间,此时就会发现你现在那个新开辟的空间里面的string类里面的成员变量_str是一个野指针了。所以为了解决这个问题需要深拷贝.在STL中这里有一个类型萃取,如果识别到是一个内置类型那么就会调用memcpy,如果识别是一个自定义类型则会调用for和operator=
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
//内置类型
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size());
//自定义类型 for + operator=
for(size_t i = 0;i < sz;++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;//此时把新空间的头尾等都要给他
//如果你不把_finish和_endofstorage给他,那么他们两个就会成为野指针
_finish = _start + sz; //这里是因为_start是新的,但是_finish是原来的,此时一减再加上_start就变为0了,
//所以需要保留原来的size()大小
_endofstorage = _start + n;
}
}
结论:如果对象中涉及到资源管理时,千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝,因为memcpy是浅拷贝,否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。