【C++】STL——vector的模拟实现、常用构造函数、迭代器、运算符重载、扩容函数、增删查改
文章目录
- 1.模拟实现vector
-
- 1.1构造函数
- 1.2迭代器
- 1.3运算符重载
- 1.4扩容函数
- 1.5增删查改
1.模拟实现vector
vector使用文章
1.1构造函数
析构函数
在C++中，vector是一个动态数组容器，可以根据需要自动调整大小。vector类提供了几个不同的构造函数来创建和初始化vector对象。
（1）默认构造函数： vector<类型> v; 创建一个空的vector对象v，其中类型是vector中元素的数据类型。这个构造函数将创建一个初始大小为0的vector。
（2）带有初始大小的构造函数： vector<类型> v(n); 创建一个大小为n的vector对象v，并将所有元素初始化为默认值。例如，如果类型是int，则所有元素将初始化为0。
（3）带有初始值的构造函数： vector<类型> v(n, 初始值); 创建一个大小为n的vector对象v，并将所有元素初始化为给定的初始值。例如，如果类型是int且初始值为5，则所有元素将初始化为5。
（4）复制构造函数： vector<类型> v(v2); 创建一个新的vector对象v，其中包含与另一个vector对象v2相同的元素。这个构造函数将复制v2中的所有元素。
（5）使用迭代器的构造函数： vector<类型> v(begin, end); 创建一个新的vector对象v，其中包含从迭代器begin到迭代器end之间的所有元素。这个构造函数将复制这些元素。
namespace vec
{
//类模板
template<class T>
class vector
{
public:
//带有初始值的构造函数
vector(size_t n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
//带有初始值的构造函数
vector(int n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
//使用迭代器的构造函数
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
//空构造函数
vector()
{ }
构造函数
//vector()
// :_start(nullptr)
// ,_finish(nullptr)
// ,_end_of_storage(nullptr)
//{}
//深拷贝实现拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
_start = new T[v.capacity()];
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
//析构函数
~vector()
{
if (_start != nullptr)
{
delete[] _start;
_start = nullptr;
_finish = nullptr;
_end_of_storage = nullptr;
}
}
private:
//成员变量给缺省值
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}
1.2迭代器
和string的迭代器使用类似，begin 函数返回指向字符串的起始位置的迭代器，end 函数返回指向字符串的结束位置的迭代器。这样，就可以使用标准的迭代器操作来遍历字符串，如使用循环来遍历每个字符。
对于普通的vector类型，编译器调用上面两个类型iterator的迭代器，表示可以对该类型容器可读可写；而对于const类型的vector，编译器就会调用下面两个类型const_iterator的迭代器，表示对该类型容器只有可写权限。
这样，通过调用begin()和end()函数，可以获取vector容器的起始位置和结束位置的迭代器，然后通过迭代器进行遍历和操作容器中的元素。
//T类指针来实现迭代器
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
//迭代器
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
//const修饰的迭代器
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
1.3运算符重载
赋值运算符重载
赋值运算符operator=被重载为接受一个vector对象作为参数，并返回一个指向当前对象的引用。在重载实现中，首先创建一个临时的vector对象v，并将传入的vector对象拷贝给v。接着，调用swap函数，将当前对象和临时对象的成员变量进行交换。最后，返回指向当前对象的引用，以支持连续赋值的操作。
通过这种方式，可以实现高效的赋值操作，避免了逐个元素的拷贝，提高了性能。同时，使用swap函数进行交换，可以确保在异常发生时，不会导致资源泄漏。
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
//赋值运算符重载，现代写法
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
重载operator[]
对于普通的版本，我们重载了operator[]运算符，返回一个可读可写的引用。它接受一个参数pos，表示要访问的元素的位置。 在函数内部，通过assert函数进行断言，确保pos在有效的范围内，即小于vector的大小。然后，返回一个对_start[pos]的引用，以实现对指定位置元素的读写操作。
对于const类型的vector，我们在上一个operator[]运算符的版本添加const进行修饰，返回一个只读的引用。 它也接受一个参数pos，并通过assert函数进行断言，确保pos在有效的范围内。然后，返回一个对_start[pos]的常量引用，以实现对指定位置元素的只读访问。
通过重载operator[]运算符，可以像使用数组一样，通过下标访问vector容器中的元素。而且，通过重载常量版本的operator[]，可以在常量对象上也能进行只读访问。
//重载operator[] 可读可写
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
//重载operator[] 只读不可写
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
1.4扩容函数
reserve和resize
reserve函数用于将vector对象的容量调整为至少为n。 如果n大于当前容量，则需要进行扩容操作。在函数内部，首先获取当前vector的大小，然后创建一个临时的指针tmp，指向一个大小为n的新数组。如果当前vector不为空，就将原有元素逐个拷贝到新数组中。
注意，如果元素类型是自定义类型，可能会出现浅拷贝问题，不能使用memcpy函数进行内存拷贝。
resize函数用于调整vector对象的大小为n，并在需要时填充指定的元素值val。 如果n小于当前大小，则将_finish指针移动到新的位置，即截断vector。如果n大于当前大小，则调用reserve函数进行扩容操作。然后，通过循环将新元素值拷贝到vector中，直到_finish指针指向新的位置。这样就实现了将vector的大小调整为n，并在需要时填充指定元素值的功能。
通过这两个函数，可以实现对vector容器的容量和大小的调整，以及在扩容和调整大小时进行元素的拷贝和填充。这样可以灵活地管理vector容器的内存空间和元素数量。
//扩容函数capacity
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//如果是自定义类型，假如string，则会出现浅拷贝
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
//扩容size
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
capacity和size
capacity的大小范围是：_end_of_storage - _start
size的大小范围是：_finish - _start
需要注意的是，vector的大小不一定等于容量，而且大小可以小于或等于容量。 当向vector中添加元素时，size大小会增加；当从vector中删除元素时，size大小会减少。当大小超过容量capacity时，vector会自动进行内存的重新分配，通常会分配更大的内存空间，将原有的元素拷贝到新的内存空间中，并释放原有的内存空间。
//返回capacity
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
//返回size
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
1.5增删查改
push_back
push_back函数的实现，用于在vector的末尾添加一个元素。
//尾插
void push_back(const T& v)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = v;
++_finish;
//insert(end(),x)
}
insert
insert函数的实现，用于在vector中的pos处插入一个元素。
//插入
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
//判断是否扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
//解决pos迭代器失效问题
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
erase
erase函数的实现，用于在vector的pos位置删除指定元素。
//删除
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
完整实现
#pragma once
#include
测试代码
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include