模拟实现vector

模拟实现vector的结构

在设计vector前，我们可以看一下STL源码中，看看原作者是怎么设计vector的

在源码中可以看见有三个iterator类型的成员变量:

iterator start;
iterator finish;
iterator end_of_storage;

iterator是在前面经过typedef过的，iterator实际类型是value_type*

typedef value_type* iterator;

value_type又是经过typedef过的，其类型就是模板参数类型T

typedef T value_type;

所以三个成员变量的类型就是模板参数类型的指针T*

我们这里模拟实现也像源码中一样，使用三个模板参数类型的指针start,finish,end_of_storage

start指向vector中的首元素，finish指向vector中最后一个元素的下一个位置，end_of_storage指向可用容量最后位置的下一个位置

虽然没有直接使用以往的_a，_size,_capaciry为成员变量
但是使用指针也可以表示出size和capacity：_finish - _start就是size，_end_of_storage - _start就是capacity

到这里，我们就得到了基本的vector框架:

namespace my_vector
{
	template<class T>
	class vector
	{
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
		
		public:
			size_t size()const
			{
				return _finish - _start;
			}
	
			size_t capacity()const
			{
				return _end_of_storage - _start;
			}
		
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _end_of_storage;
	};
}

接下来我们就是实现部分接口函数

---

实现接口函数

构造和析构函数

无参构造：

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

用n个t构造：

vector(size_t n, const T& t = T())
{
	_start = new T[n];
	for (size_t i = 0; i < n; i++)
	{
		_start[i] = t;
	}
	_finish = _end_of_storage = _start + n;
}

析构函数：

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

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迭代器

begin()就是返回_start
end()就是返回_finish

iterator begin()
{
	return _start;
}

iterator end()
{
	return _finish;
}

const_iterator begin()const
{
	return _start;
}

const_iterator end()const
{
	return _finish;
}

---

operator[]

T& operator[](size_t pos)
{
	assert(pos >= 0 && pos < size());
	return _start[pos];
}

const T& operator[](size_t pos)const
{
	assert(pos >= 0 && pos < size());
	return _start[pos];
}

---

reserve和resize

reserve

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

上面的写法有一个BUG:
就是：_finish = _start + size();
在size()函数中，返回的值是_finish-_start
_finish = _start + _finish-_start就是_finish = _finish，会出错

所以这里不能_start直接加size()

我们可以在前面保存一份size()的值，最后去加前面保存过的长度，这样就不会发生错误了。

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				int oldlen = _finish - _start;
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + oldlen;//这里不可以使用_finish = _start + size(),因为size()就是_finish-_start ，_finish = _start + _finish-_start就是_finish = _finish会出错
				_end_of_storage = _start + n;
			}
		}

resize

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

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插入和删除

insert

void insert(iterator pos, const T& t)
{
	assert(pos >= _start && pos <= _finish);
	
	//检查扩容
	if (size() == capacity())
	{
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
	}

   //将数据向后挪一位
	iterator end = _finish-1;
	for (end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		end--;
	}
	//插入
	*pos = t;
	_finish++;
}

上面的写法是错误的
因为如果经过了扩容，那么这个时候参数迭代器pos就失效了

所以我们就要在函数内对失效的迭代器进行处理
处理的方法是通过_start到pos的距离，因为扩容完之后，虽然迭代器失效了，但是数据的个数、内容不变，pos指向的数据到_start的距离是不变的，这里我们可以用oldlen存储这个距离

所以新空间的_start + oldlen 就是指向原本那个位置的数据的新迭代器

iterator insert(iterator pos, const T& t)
{
	assert(pos >= _start && pos <= _finish);

	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t OldLen = pos - _start;//防止迭代器失效
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + OldLen;//防止迭代器失效
	//如果经过扩容后，在内存上的数据其实不在原来的那个位置了，这时pos就变成了野指针，所以我们需要在扩容后修改pos的指向，使p修改后的os指向新空间中要插入的那个位置
	}
	iterator end = _finish-1;		
	while (end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		end--;
	}

	*pos = t;
	_finish++;
	return pos;
}
//这里返回iterator类型的pos是因为如果在insert后，再使用形参pos可能出现错误，这个pos形参迭代器有可能已经失效了(因为扩容了)
//为了满足用户需要使用形参的迭代器，所以会返回一个处理过的不会失效的迭代器

erase

erase操作也会导致迭代器失效
这里的失效时由于导致删除最后一个元素，导致指向它的迭代器变成野指针

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

	return pos;
}

通过复用insert和erase，就可以实现push_back和pop_back

void push_back(const T& t)
{
	/*if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
	}

	*_finish = t;
	_finish++;*/

	insert(end(), t);
}

void pop_back()
{
	erase(end()-1);
}

---

拷贝构造

vector(const vector<T>& v)
	    :_start(nullptr)
		,_finish(nullptr)
		,_end_of_storage(nullptr)
{
	T* tmp = new T[v.size()];
	memcpy(tmp, v._start, sizeof(T) * v.size());
	
	_start = tmp;
	_finish = _start + v.size();
	_end_of_storage = _start + v.capacity();	
}

---

赋值重载

/*vector& operator=(const vector& v)
{
	if (this != &v)
	{
		T* tmp = new T[v.size()];
		memcpy(tmp, v._start, sizeof(T) * v.size());
		_start = tmp;
		_finish = _start + v.size();
		_end_of_storage = _start + v.capacity();
	}

	return *this;
}*/


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

//赋值重载现代写法
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
	swap(v);
	return *this;
}

使用memcpy拷贝导致的问题

如果vector中存储数据的类型是含有动态资源，例如：string等
那么使用上面的代码就会出问题，因为使用了memcpy进行拷贝

以往使用memcpy的情况，动态空间中存储的非动态资源

这样不会有问题

如果T的类型是含有动态资源的类型，如string。
如果这里使用memcpy就会导致string对象的浅拷贝
对于内置类型，_start就是指向堆空间上的指针，使用memcpy可以使堆上的值拷贝到tmp中
而对于strng这样深拷贝的类型，_start[i]中存的是_str,_size,_capacity，使用memcpy只会使_str按照字节序进行拷贝，按照字节序拷贝只会把_str的值，也就是动态空间的地址拷贝过去，不会对_str进行深拷贝

这样有2个指针指向同一块动态空间，一块空间析构2次，会报错

解决方法：在扩容、拷贝构造等需要一个空间往另一空间深拷贝的操作中，不再使用memcpy
可以这样：

for (size_t i = 0; i < size(); i++)
{
	tmp[i] = _start[i];
	
}

T是strng这样深拷贝的类型，调用的是string赋值重载，实现string对象的深拷贝