【C++技能树】Vector类解析与模拟实现

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0.Vector简介

Vector是一个动态数组的容器，可以容纳各种类型的序列容器。称其为数组，意味着：**其也可以用下标去访问，类似与之前的顺序表。**所以，Vector分配空间的时候也不是说用多少就分配多少，会多分配一些，因为向系统申请空间这个成本是相对较大的。

1.Vector常用接口

因为String之前已经详细解读了各个接口，在标准STL中，各个接口的传入参数，返回值都大多相同。所以在这一篇章不重点讲解接口。遗忘的uu们可以去看看这篇文章 [String解析]((45条消息) 【C++技能树】String类解析与模拟实现_ppeua的博客-CSDN博客)

vector的声明方式,其中T为模板

vector<T>v;

1.1constructor构造函数

(constructor)构造函数声明	接口说明
vector()	无参构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）	构造并初始化n个va
vector (const vector& x);	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);	使用迭代器进行初始化构造

直接上代码来看看Vector构造函数的使用

1. 默认构造函数:

vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());

其中 const allocator_type& alloc = allocator_type()是指用来创建一个自定义的分配器来实现特殊的内存管理行为，如对齐、缓存池等.在初学C++的阶段我们只需要使用默认内存分配策略即可.

所以其默认构造函数使用为

vector<T>v;
vector<int>v;

2. 填充构造函数:

   vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),
                    const allocator_type& alloc = allocator_type());
   

   往容器中填充n个val

   vector<int>v(5,1);
   

3. 使用迭代器构造函数:

template <class InputIterator>
         vector (InputIterator first, InputIterator last,
                 const allocator_type& alloc = allocator_type());

vector<int>v(5,3);
vector<int>v1(v.begin(),v.end());

首先,先使用填充构造,往v里填充5个3.之后使用迭代器构造函数,begin()–end()这个范围里的内容都放到v1中.

4. 拷贝构造函数:

vector (const vector& x);

1.2 iterator

iterator的使用	接口说明
begin()+end()	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置 的iterator/const_iterator
rbegin()+rend()	获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator

**这是[begin(),end()]与[rbegin(),rend()]的结构图:**任何使用迭代器的场景中,其都是[begin(),end())左闭右开的模式(也就是可以取到左边,但取不到右边)

sort与find

这两个函数是 algorithm中给出的函数.

find

InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);

在指定区间中寻找val,找到之后返回其iterator,其实现如下,通过遍历区间去寻找val

template<class InputIterator, class T>
  InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
{
  while (first!=last) {
    if (*first==val) return first;
    ++first;
  }
  return last;
}

vector<int>v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
cout<<*find(v.begin(),v.end(),3);

输出结果为:3

sort

 void sort (RandomAccessIterator first, RandomAccessIterator last);

将指定区间中的数据进行排序.默认使用 < 进行排序 (相同元素不保证是稳定排序.也就是会改变原始数据的位置)

vector<int>v;
v.push_back(4);
v.push_back(1);
v.push_back(3);
v.push_back(2);
sort(v.rbegin(),v.rend());
for(auto s:v)
    cout<<s;

使用逆向迭代器,进行从大到小的排序.

输出结果为:4321

1.3 Capacity相关接口

容量空间	接口说明
size	返回数据个数
capacity	返回当前占用空间大小
empty	返回是否为空
resize	改变size
reserve	改变capacity

和string都相同,这里 就不过多赘述

1.4 Modify相关接口

Modify	接口说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
insert	插入
erase	删除
swap	交换两个vector空间
operator[]	像数组一样访问

这里需要重点讲解下erase与insert,他们的作用其是通过当前迭代器的位置插入或删除一个元素.

但是如果直接使用之前的迭代器,可能会出现迭代器失效的问题:本质原因就是访问了已经不属于自己的迭代器

vector底层原理旧空间被释放掉， 而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的 空间，而引起代码运行时崩溃。 解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新 赋值即可。

2. Vector模拟实现

Vector和String类似,也有三个私有属性,用来表示存储空间的范围(STL源码可能实现不一样 但思想是这样).

并先声明迭代器(可以简单的看为类型指针)

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
	_start;
	_finish;
	_endofstorage;

2.1 构造函数

2.1.1无默认参数构造函数

vector():
	_start(nullptr),
	_finish(nullptr),
	_endofstorage(nullptr)
{
    
}

这是最初版的构造函数,需要用到初始化列表对其进行构造.但是在C++11后打了补丁后,可以在私有属性的时候就给其默认参数.

private:
	_start=nullptr;
	_finish=nullptr;
	_endofstorage=nullptr;

此时的默认构造函数就可以什么都不需要写了.

vector():
{
    
}

2.1.2 带参数默认构造函数

1. 填充形构造函数：

   vector(size_t n, const T& val = T())
   {
       resize(n, val);
   }
   vector(int n, const T& val = T())
   {
       resize(n, val);
   }
   template<class InputIterator>
   vector(InputIterator begin, InputIterator end)
   {
       while (begin != end)
       {
           push_back(*begin);
           begin++;
       }
   }
   

   第二个形式参数给了一个默认参数，在C++中每一个类型都可以看成一个类，此时其默认构造函数就是类名（），例如

   int(),double(),string()…

   第一种和第二种本质是在完成同一个事情，但是由于有了迭代器的加入。当你使用如下构造方案时

   vector<int>v(1,5);
   

   我们给的构造参数是两个相同的类型,我们本意是想让他走第一种进行初始化构造,但因为类型相同,往往会被识别成第三种,使用迭代器进行初始化.

   所以我们需要对int进行单独处理,所以有了第二种.

2. 使用vector类型进行构造:

   vector(const vector<T>& v)
   {
       _start = new T[v.capacity()];
       for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
       {
           _start[i] = v._start[i];
       }
       //_finish = v._finish; 只是令地址相等
       _finish = _start + v.size();
       _endofstorage = _start + v.capacity();
   }
   

   在类的成员函数中可以直接访问类的私有成员变量,

   这里不能使用memcpy:因为memcpy是对内存进行拷贝,若是内置类型则可以完成任务.但为自定义类型,则会变成浅拷贝,所以需要调用=进行重载完成拷贝
   

   整体思路为:先给start分配一段新的空间,然后依次将形参中的东西拷贝过来,最后计算长度与空间大小.(注意这里finish是地址不能直接赋值)

2.2析构函数

要把申请的空间全部还给系统.

~vector()
{
    if (_start)
    {
        delete[]_start;
        _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
    }
}

2.3 迭代器

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

2.4 Capacity相关接口

size_t capacity()const
{
    return _endofstorage - _start;
}
size_t size()const
{
    return _finish - _start;
}

resize():

 void resize(size_t n, const T& val)
        {
            if (n < size())
            {
                _finish = _start + n;
            }
            else
            {
                reserve(n);
                while (_finish != _start + n)
                {
                    *_finish = val;
                    _finish++;
                }
            }
        }

 void reserve(size_t n)
        {
            if (n > capacity())
            {
                size_t sz = size();
                T* tmp = new T[n];
                if (_start)
                {
                    memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
                    delete[] _start;
                }
                _start = tmp;
                _finish = _start + sz;
                _endofstorage = _start + n;
            }
        }

这里与string类差不多就不过多解释了.

2.5 swap()

void swap(vector<T>v)
{
    std::swap(_start, v._start);
    std::swap(_finish, v._finish);
    std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}

2.6operator =

vector<T>& operator= (const vector<T>& v)
{
    swap(v);
    return *this;
}

2.7 push_back()

void push_back(const T& x)
{
    if (_finish == _endofstorage)
    {
        reserve(capacity() == 0 ? 1 : capacity() * 2);
    }
    *_finish = x;
    _finish++;
}

2.8 insert()

iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
    assert(pos < _finish&& pos >= _start);
    if (_finish == _endofstorage)
    {
        size_t newpos = pos - _start;
        reserve(capacity() == 0 ? 1 : capacity() * 2);
        pos = _start + newpos;
    }
    iterator end = _finish - 1;
    while (end >= pos)
    {
        *(end + 1) = end;
        end--;
    }
    *pos = val;
    ++_finish;
    return pos;

}

2.9 erase()

iterator erase(iterator pos)
{
    assert(pos < _finish&& pos >= _start);
    iterator it = pos + 1;
    while (it != _finish)
    {
        *(it - 1) = *it;
        it++;
    }
    _finish;
    return pos;
}

2.10 pop_back()

void pop_back()
{
    erase(--end());
}

2.11 opeartor []

T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < size());

    return _start[pos];
}

const T& operator[](size_t pos) const
{
    assert(pos < size());

    return _start[pos];
}

pos < _finish&& pos >= _start);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish;
return pos;
}

## 2.10 pop_back()

~~~cpp
void pop_back()
{
    erase(--end());
}

2.11 opeartor []

T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < size());

    return _start[pos];
}

const T& operator[](size_t pos) const
{
    assert(pos < size());

    return _start[pos];
}