【C++】vector的模拟实现【完整版】
目录
一、vector的默认成员函数
1、vector类的大体结构
2、无参构造函数
3、拷贝构造函数
4、Swap(operator=需要用)
5、赋值重载operator=
6、析构函数
二、vector的三种遍历方式
1、size和capacity(大小和容量)
2、 operator[]遍历
3、迭代器iterator遍历和范围for
三、vector相关的增容和删除
1、reserve (指定容量)
2、resize（指定大小）
3、push_back(尾插)
4、pop_back(尾删)
5、insert
6、erase
四、完整代码
vector.h:
test.cpp:
一、vector的默认成员函数
1、vector类的大体结构
vector的成员变量本质是由三个T类型（模板）的指针变量组成的，T是因为用了模板，因为vector具体存储什么类型的需要指定
namespace mz { using std::cout; using std::endl; using std::string; templateclass vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; private: iterator _start; iterator _finish; iterator _endofstorage; } } ①、为什么要在新的命名空间中模拟实现vector？
防止与库里面的vector冲突，因为我们要自己模拟实现一个
②、iterator为什么要用两个版本（const和非const）？
因为迭代器遍历时我们要有只读和又能读又能写的状态，所以要有个const版本的
2、无参构造函数
vector() :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_endofstorage(nullptr) {}
3、拷贝构造函数
注：此函数最好放最后面看，因为其内部调用了下文才讲的成员函数
①、正常版本
首先我们不自己实现，就是浅拷贝，会出现问题，故需我们自己实现深拷贝，v2(v1),即只要让v2拷贝一份新的数据即可（使v2和v1不是指向同一份数据）
②、现代版本
v2(v1)，先让v2 reserve和v1一样的容量大小，防止频繁增容降低效率，再把v1中的每个数据尾插到v2中即可
问题：为什么要const auto&e？
其是一种用于迭代容器元素的引用方式。它表示在循环过程中，我们用一个常量引用来访问容器中的元素。好处是不会对容器进行修改，并不会产生拷贝操作，可提高代码的效率。
在用范围for循环时，如果我们只是想读取容器中的元素而不对其进行修改，可以使用const auto&来声明循环变量。例如，当我们遍历一个vector或者数组时，可以使用const auto&来避免对容器进行修改操作。
例如，当我们遍历一个数组时，如果使用const auto&来声明循环变量，则不能修改数组中的元素。例如，对于以下代码：
int arr = {0, 1, 2, 3, 4};
for (const auto& a : arr) {
a = 1; // 错误，不能修改
cout << a << “\t”;
}由于使用了const auto&声明循环变量a，所以对a进行修改会导致编译错误。
//v2(v1) 正常版本的实现 /*vector(const vector& v) { _start = new T[v.capacity()]; _finish = _start; _endofstorage = _start + v.capacity(); for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) { *_finish = v[i]; ++_finish; } }*/ //v2(v1) 现代版本的实现(更推荐) vector(const vector & v) :_start(nullptr) , _finish(nullptr) , _endofstorage(nullptr) { reserve(v.capacity()); for (const auto& e : v) push_back(e); }
4、Swap(operator=需要用)
为什么需要自己提供swap，而不调用库里提供的？
因为库里面提供的对于自定义类型代价极大，因为需要深拷贝，但对于内置类型用库函数里面的还好，所以应该自己写一个成员函数swap
void swap(vector& v) { //调用全局的swap，交换指针,其为内置类型，无需深拷贝 //代价相比于直接调用库里面函数交换比较小 std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_endofstorage, v._endofstorage); }
5、赋值重载operator=
①、正常版本
先要避免自己给自己赋值，先要用tmp拷贝空间，再释放旧空间，再使_start指向一份自己新开辟的新空间，再把需要赋值的数据拷过去即可（为什么要用tmp？因为new动态开辟可能会出错，若先释放旧空间，再直接用_start开辟空间且开辟失败，_str也被销毁了，赔礼夫人又折兵）
②、现代版本（更推荐）
v是v3的临时拷贝，然后v会与v1交换，出了函数v就被销毁了，不用我们自己再销毁了，省力
//v1 = v3 正常版本的实现 /*vector& operator=(const vector & v) { if (this != &v) { delete[] _start; _start = new T[v.capacity()]; memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size()); } return *this; }*/ //v1 = v3 现代版本 vector & operator=(vector v) { swap(v);//this->swap(v); return *this; }
6、析构函数
~vector() { if (_start) { delete[]_start; _start = _finish = _endofstorage = nullptr; } }
二、vector的三种遍历方式
1、size和capacity(大小和容量)
原理：指针相减就是指针间的元素个数
size_t size()const { return _finish - _start; } size_t capacity()const { return _endofstorage - _start; }①、为什么要加const？
成员函数只要不改变成员变量的，最好都要加上const
2、 operator[]遍历
T& operator[](size_t i) { //确保范围的合法性 assert(i < size());//记得引头文件assert.h return _start[i]; } const T& operator[](size_t i)const { assert(i < size()); return _start[i]; }①、为什么要实现两个版本的operator[]？
直接把非const的operator[]加上const不行吗？不可以，因为operator[]访问完后，有两种状态：1、只读 2、可读可写 你直接加上const就只读了，万一我想改数据又不行了，故写两个版本的（const和非const版本）
3、迭代器iterator遍历和范围for
迭代器有只读的和可读可写的，故也要写两个版本
iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin()const { return _start; } const_iterator end()const { return _finish; }只要把迭代器写出来了，迭代器遍历和范围for遍历就都可以用了
测试operator[]和迭代器和范围for三种遍历
void test1() { vectorv; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); cout << v.size() << endl; cout << v.capacity() << endl; vector ::iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { *it += 1; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto& e : v) { e -= 1; cout << e << " "; } cout << endl; for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) { cout << v[i] << " "; } cout << endl; 运行结果：
三、vector相关的增容和删除
1、reserve (指定容量)
void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t sz = size();//大小要在增容前就算好 T* tmp = new T[n]; if (_start) { //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);//按字节拷贝，浅拷贝 //作深拷贝，使新旧空间指向自己对应的数据 for (size_t i = 0; i < sz; ++i) { tmp[i] = _start[i];//调用的是T的operator=，深拷贝 } delete[]_start; } _start = tmp; _finish = tmp + sz;//不能写为=tmp + size() _endofstorage = tmp + n; } }①、为什么要在增容前就算出大小？
因为增容涉及新和旧空间的问题，比如_finish = tmp + size()，而size的求法是用_finish - _start，但_start已指向新空间，可_finish还是指向旧空间，两块不连续的空间相减就是随机值了，故要在增容之前就把大小算出来，不然增容之后的大小就是随机值了
②、为什么reserve要更新_finish？
reserve不是只改变容量吗，跟大小有什么关系，因为_finish是指针，如果一个对象它上来就reserve保存一定容量，然后直接扩容，这个操作没问题吧，但是插入数据肯定涉及*_finish操作，若不更新_finish，_finish初始为nullptr就非法访问内存了，故reserve中也要更改_finish
③、为什么不能用memcpy拷贝数据？
测试时，当用string作为vector存储的类型时，程序崩溃了，为什么？
本质原因是因为增容中用了memcpy，memcpy导致了问题的出现，因为memcpy是按字节拷贝的，它本质上造成了浅拷贝问题， memcpy使新旧空间都指向了一份数据，旧空间释放后，它指向的对应数据也被释放，而新空间指针还是指向这份旧空间，这就造成非法访问，所以新空间与旧空间不应指向同一份数据，应该不用memcpy，写成深拷贝
解决（reserve的实现不用memcpy）：
把旧空间的每个值赋值给新空间对应的每个值就好了，就能实现深拷贝了，指向不同的数据
2、resize（指定大小）
void resize(size_t n, const T& val = T())//因为不知道T的类型，故给T类型的缺省值 { if (n < size()) { _finish = _start + n; } else { if (n > capacity()) { reserve(n); } //填数据不能用memset //填数据 while (_finish < _start + n) { *_finish = val; ++_finish; } } }①、填数据为什么不能用memset？
当对于a数组，设置为0时，没问题，但各设置为1和2时，就出现随机值了 ，因为memset只适合把所有值初始化为0，当初始化为1时，是把每个字节初始化为1
即00000001 00000001 00000001 00000001，这就不是整形的1了（2也同理，就初始化0可以）！memset连内置类型都处理不好，别说自定义类型了，问题会更大，本质上就是因为memxxx类函数都是按字节处理的，
即慎用memxxx，因为其按字节进行操作
②、const T& val = T()中的T()使什么意思？
因为不知道T的类型，故用T的缺省值
C++中内置类型也可以像自定义类型那样调用构造函数，严格来说，内置类型是没有构造函数的，但C++强行赋予了这个构造函数概念，是为了更好地支持模板
int i = int();//0 int j = int(1);//1 double d = double();//0.0000000000 double e = double(1.1);//1.100000000
3、push_back(尾插)
void push_back(const T& x) { //方法一 if (_finish == _endofstorage) { size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); } *_finish = x; ++_finish; //方法二、调用insert //insert(_finish, x); }
4、pop_back(尾删)
void pop_back() { //方法一 assert(_start < _finish); --_finish; //方法二、复用erase //erase(_finish - 1); }
5、insert
void insert(iterator pos, const T& x) { assert(pos <= _finish);//pos == _finish时，相当于尾插 //满了需要扩容 if (_finish == _endofstorage) { size_t n = pos - _start;//算出原pos距离 size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); //增完容后要更新pos的位置，因为增容后原来的pos就失效了 pos = _start + n;//新的_start + n } //插入之前需要往后挪动1个数据 iterator end = _finish; while (end > pos) { *end = *(end - 1); --end; } //插入数据 *pos = x; ++_finish; }为什么需要提前算出n？
有迭代器失效的问题，因为pos是迭代器类型，扩容前指向旧空间的某一位置，而reserve调用后会扩容，而我们是扩容完才插入数据的，此时pos无效，因为旧空间已经释放了，它这个迭代器还指向那里就失效了，故我们要更新pos位置，使它指向新空间，所以要先算n，即原pos的位置
6、erase
iterator erase(iterator pos) { assert(pos < _finish); iterator it = pos + 1; while (it < _finish) { *(it - 1) = *it; ++it; } --_finish; return pos;//返回被删除数据的下一位置，那就还是原位置，因为那个数据被删除了 }注意：erase是返回被删除数据的下一位置，当要被删除的数据被删除了，erase原地不动的话，就已自动指向了下一位置，因为那个数据被删除了
最后一个问题
如果T是字符串的话代码逻辑会不会忘掉'\0'？
不会，vector
末尾没有'\0'，string才有，这也是他们的差别
四、完整代码
总共分为两个文件：vector.h和test.cpp
vector.h:
#pragma once
#include
#include
namespace mz
{
using std::cout;
using std::endl;
using std::string;
template
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{}
//v2(v1) 正常版本的实现
/*vector(const vector& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
_finish = _start;
_endofstorage = _start + v.capacity();
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
*_finish = v[i];
++_finish;
}
}*/
//v2(v1) 现代版本的实现(更推荐)
vector(const vector& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (const auto& e : v)
push_back(e);
}
//v1 = v3 正常版本的实现
/*vector& operator=(const vector& v)
{
if (this != &v)
{
delete[] _start;
_start = new T[v.capacity()];
memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
}
return *this;
}*/
//v1 = v3 现代版本
vector& operator=(vector v)
{
swap(v);//this->swap(v);
return *this;
}
void swap(vector& v)
{
//调用全局的swap，交换指针,其为内置类型，无需深拷贝
//代价相比于直接调用库里面函数交换比较小
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();//大小要在增容前就算好
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);//按字节拷贝，浅拷贝
//作深拷贝，使新旧空间指向自己对应的数据
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];//调用的是T的operator=，深拷贝
}
delete[]_start;
}
_start = tmp;
_finish = tmp + sz;//不能写为=tmp + size()
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())//因为不知道T的类型，故给T类型的缺省值
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
//填数据不能用memset
//填数据
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
//方法一
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
++_finish;
//方法二、调用insert
//insert(_finish, x);
}
void pop_back()
{
//方法一
assert(_start < _finish);
--_finish;
//方法二、复用erase
//erase(_finish - 1);
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish);//pos == _finish时，相当于尾插
//满了需要扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t n = pos - _start;//算出原pos距离
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
//增完容后要更新pos的位置，因为增容后原来的pos就失效了
pos = _start + n;//新的_start + n
}
//插入之前需要往后挪动1个数据
iterator end = _finish;
while (end > pos)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
//插入数据
*pos = x;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;//返回被删除数据的下一位置，那就还是原位置，因为那个数据被删除了
}
T& operator[](size_t i)
{
//确保范围的合法性
assert(i < size());//记得引头文件assert.h
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i)const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[]_start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
void print_vector(const vector& v)
{
vector::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void test1()
{
vectorv;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it += 1;
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto& e : v)
{
e -= 1;
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void test2()
{
vectorv;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
v.insert(v.begin(), 0);//头插0
print_vector(v);
//删除偶数
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
print_vector(v);
}
void test3()
{
vectorv;
v.reserve(10);
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
v.resize(4);
print_vector(v);
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
v.resize(8);
print_vector(v);
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
v.resize(12,int());
print_vector(v);
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
int i = int();//0
int j = int(1);//1
double d = double();//0.0000000000
double e = double(1.1);//1.100000000
}
void test4()
{
vectorv1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
vectorv2(v1);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
vectorv3;
v3.push_back(10);
v3.push_back(20);
v3.push_back(30);
v3.push_back(40);
v1 = v3;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test5()
{
vectorv;
v.push_back("111111111111111111111");
v.push_back("222222222222222222222");
v.push_back("333333333333333333333");
v.push_back("444444444444444444444");
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
}
test.cpp:
#include
#include"vector.h"
int main()
{
mz::test1();
//memxxx 按字节处理
/*int a[10];
memset(a, 0, sizeof(int) * 10);
memset(a, 1, sizeof(int) * 10);
memset(a, 2, sizeof(int) * 10);*/
return 0;
}