【STL】vector的模拟实现

 放在专栏【C++知识总结】，会持续更新，期待支持

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1、vector的数据结构

这里我们与SGI版本保持一致，成员变量为三个迭代器，对一些常见接口实现模拟。如下所示：

2、接口实现

2.1、构造相关

 2.1.1、空构造

对于无参的空构造，只需要将三个指针置为空即可：

 2.1.2、构造n个val

2.1.3、迭代器区间构造

vector中的迭代器实际上就是一个指针，这里先计算出first到last区间的大小，然后提前进行扩容，再对指针解引用直接push_bask即可完成迭代器区间构造。

2.1.4、拷贝构造

对于拷贝构造这里我们提供了两种方法实现，一种是比较传统的写法，即我们先进行提前扩容（提高效率），然后将待拷贝数组的元素逐个赋值拷贝即可。不过这里需要注意的是，由于vector的存储类型可能为自定义类型，因此可能会涉及到深浅拷贝的问题。为了避免浅拷贝带来的一些问题，所以我们在对赋值运算符重载时也会采用深拷贝的方式。如下所示为传统写法：

 对于拷贝构造，还有一种“现代”写法，如下：

 我们发现，“现代写法”非常的巧妙，这里为什么要构造一个临时变量tmp呢？因为假如没有这个tmp，直接用swap与v进行交换，此时就会导致原本的v变成了*this（传引用传参，对形参的改变会影响到实参），而我们想要的是在不改变原本v的情况下，*this实现拷贝构造。这种方法有点投机取巧的感觉。

2.1.5、析构

析构函数的实现很简单，直接delete后，将迭代器置空即可：

2.2、迭代器相关

对于vector中的begin，返回其首地址即start，end返回finish即可。

 我们知道，迭代器最重要的就是要实现对容器元素的访问，因此迭代器的++与解引用*操作十分重要，但是由于vector的迭代器是一个指针，而我们知道，指针本身就支持++与解引用操作，并且我们这里vector是一个连续的空间，指针++会跳过一个T类型的大小，即会指向vector 中的下一个元素，因此这里我们不需要手动实现（指针本身自带）。但是对于后面的容器诸如list、set、map等，它们的迭代器就不是一个原生指针了，需手动实现，后面遇到再说。

同时，既然实现了迭代器，也就能使用范围for对容器进行遍历访问。因为范围for的底层就是迭代器。

2.3、运算符重载

2.3.1、[]重载

我们知道vector是可以用下标来实现对元素的访问，这里我们对[]进行重载，使我们的vector也支持下标访问。不过在实现时需要注意避免下标越界。

 2.3.2、=重载

上面我们在实现拷贝构造时，传统的方法中*(_start+pos)=*(v._start+pos)用到了=，假如我们不对其进行处理的话，我们知道一个类中会自带六大默认成员函数，其中就有默认赋值运算符重载，如果不涉及到向内存申请空间资源，我们就不需要手动写，但是一旦涉及到，我们就需要使用深拷贝的方式来实现。如下：

对于赋值重载，这里我们也有两种方式来实现，一种为传统方式，一种为现代方式，首先是传统版本：先将原有空间进行释放，然后开辟一块新空间，再将v中的数据一个一个拷贝过来即可：

 现代写法则于拷贝构造相同，采用“投机取巧”的方式，如下：

2.4、空间相关

2.4.1、size与capacity

我们可以利用两指针相减得到的结果为两指针之间元素的个数，这一原理来实现size与capacity，对于size来说，代表的含义为有效元素个数，所以我们只需返回finish-start即可，而capacity代表整块空间的最大容量，因此返回end_of_storage-start即可：

2.4.2、reserve与resize

在上面很多地方都用到了reserve，这里我们先来进行实现，我们知道，vector是不支持缩容操作的，因此在进行扩容之前，要对待扩容的大小n，进行判断，如果n大于capacity，我们才执行扩容：开辟一块新空间，将原空间数据逐一拷贝，然后释放原空间，最后再更新start、finish、end_of_storage即可：

 接下来是resize，我们知道，resize是直接影响finish指针，因此我们在resize时要分情况进行讨论处理：1、resize(n)时，n>=当前的size，2、n

第一种情况，当n>=size时，我们要判断其是否大于capacity，如果大于capacity，我们要多进行一步扩容操作，然后改变finish的指针，使其指向n的位置，同时给扩容后的元素一个初始值val。

第二种情况就简单多了，直接移动finish指针即可。

2.4.3、empty

empty是用来判断该容器是否为空，在vector中，当finish指针与start相等时，就说明当前容器为空。

 2.5、插入删除操作

2.5.1、push_back与pop_back

首先是尾插操作push_back，在插入一个元素之前，首先要保证的是当前容器还有足够的空间用来插入，因此我们要先判断finish是否与end_of_storage相等，相等的话要进行扩容后，再插入。

 在实现尾删时我们要考虑到，当前数组是否为空。

2.5.2、insert与erase

insert实现任意位置插入，同样，只要是插入操作，在插入之前要判断是否需要扩容，然后再进行操作。对于这种顺序连续存储的元素，假如要在pos位置插入一个元素，要先将pos及其往后的所有元素整体后移一个单位，从而空出来pos位置，实现插入：

 

 erase是删除任意位置的元素，同样，我们要保证不能对空数组进行删除操作，假如要实现删除pos位置的元素，我们只需要将后面的元素进行往前覆盖，然后对finish进行--即可：

 2.5.3、swap

上面由于我们实现现代版本的一些操作时，用到了swap，这里我们也需要实现一下，直接用库里面的就行：

2.6、深浅拷贝带来的问题

在上文拷贝构造、赋值重载以及reserve这里，我们在进行拷贝时并没有使用memcpy来实现，而是将数据逐一赋值拷贝，这是因为memcpy是实现逐字节拷贝，也就是我们所说的浅拷贝。对于内置类型来说，用memcoy也是可以的，但是对于自定义类型，如果使用浅拷贝，就会出现一些问题：

如下，假如我们将其修改成memcpy版本来实现，如下所示为memcpy版本的拷贝构造以及扩容：

 接下来我们通过调试来观察一波：

 我们对v1和v2进行调试观察：

我们画一个分析图，就很好理解了，如下：

 因此，我们在实现时，不论时扩容，还是拷贝构造，以及赋值重载等时，都是采用遍历整个容器，将元素一一赋值拷贝，这样再碰到这种情况，就会调用string的赋值重载，而string的赋值重载在库中也是实现的深拷贝，就会避免了我们以上memcpy这种情况，如下所所示：

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end.

生活原本沉闷，但跑起来就会有风！