C++vector模拟实现
vector模拟实现
- 1.构造函数
- 2.拷贝构造
- 3.析构+赋值运算符重载
- 4.iterator
- 5.modifiers
-
- 5.1push_back
- 5.2pop_back
- 5.3empty
- 5.4insert
- 5.5erase
- 5.6swap
- 6.Capacity
-
- 6.1size
- 6.2capacity
- 6.3reserve
- 6.4resize
- 6.5empty
- 7.Element access
-
- 7.1operator[]
- 7.2at
- 8.在谈reserve
vector官方库实现的是一个模板类，因此我们也写个模板类。
在前面模拟实现过string类，string和vector都是动态增长的数组，有点类似。
vector把这个三个成员变量都换成了指针。
template<class T>
class Vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
1.构造函数
//第一种无参构造
Vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{}
//第二种构造
Vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//因为这里没有size,capacity所以自己写个size，capacity
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
while (n--)
{
push_back(val);
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
//_start不为nullptr再拷贝
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + size();
_endofstorage = _start + n;
}
}
size_t size() const
{
//指针减指针等于元素个数
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
void push_back(const T& val = T())
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//因为这里没有size,capacity所以自己写个size，capacity
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
*_finish = val;
++_finish;
}
写完一段代码先测试测试，看看有没有错误。
这里的_finish报错了，调试一下找原因。如果不能确定到底是哪里错误，就一段一段屏蔽代码，这里我们最终确定是扩容出现了问题。
我们开辟空间之后，_finish还指向nullptr，也就是根本没有更新_finish的位置。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//记录_finish的相对位置
int Oldsize = size();
T* tmp = new T[n];
//_start不为nullptr再拷贝
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
//对_finish特殊处理。
//_finish=_start+_finish-_start导致的错误。
//_finish = _start + size();
_finish = _start + Oldsize;
_endofstorage = _start + n;
}
}
这样写，也防止了_start本身有空间，然后异地扩容，_finish位置不对的情况。
这里的reserve内部memcpy还有一个浅拷贝的问题，等最后说到这个成员函数再具体谈。
//第三种扩容
template <class InputIterator>
Vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
iterator begin() const
{
return _start;
}
iterator end() const
{
return _finish;
}
注意看图片的对比，右边没有屏蔽第二种构造函数，竟然报错了。
把1换成字符‘c’就不报错了。
其原因是因为10，1都是int类型，走的是模板参数的构造。
不是走的Vector(size_t n, const T& val = T())，因为int转换成size_t涉及算术转换。
而Vector(InputIterator first, InputIterator last) 这里都是同一类型，所以编译器会选择模板。
这里和库的解决方法一样，在加一个Vector(int n, const T& val = T())。
这样由于由现成的，编译器就不再会走模板了。
Vector(int n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//因为这里没有size,capacity所以自己写个size，capacity
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
while (n--)
{
push_back(val);
}
}
2.拷贝构造
在string模拟实现，拷贝构造实现了现代写法，是比较方便的，我们这里就继续用起来。
void swap(Vector<T> x)
{
//这里调用的是库里面swap,关于这里可以看看string类模拟实现
std::swap(_start, x._start);
std::swap(_finish, x._finish);
std::swap(_endofstorage, x._endofstorage);
}
Vector(const Vector<T>& val)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{
Vector<T> tmp(val.begin(), val.end());
//这里调用的是自己写的swap，如果直接用库里面的就会调用构造和拷贝构造。
swap(tmp);
}
3.析构+赋值运算符重载
~Vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
//赋值运算符重载现代写法
//v1=v2
//v1=v1 虽然这里没有判断，但是很少有人会自己给自己赋值
//即使赋值了，也是使用了一次拷贝构造
Vector<T>& operator=(Vector<T> val)
{
swap(val);
return *this;
}
4.iterator
iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
iterator end() const
{
return _finish;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
5.modifiers
5.1push_back
void push_back(const T& val = T())
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//因为这里没有size,capacity所以自己写个size，capacity
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
*_finish = val;
++_finish;
}
5.2pop_back
void pop_push()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
5.3empty
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
5.4insert
void insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
iterator begin = end();
while (begin > pos)
{
*begin = *(begin - 1);
--begin;
}
*pos = val;
++_finish;
}
这样写就没有问题了吗？
测试一下看看。
发现和我们预想的结果不一样，分析一下，找原因
请问pos，在扩容之后应该在哪里呢？
这里是迭代器失效：野指针问题。
扩容导致，插入pos位置还是原空间的位置。
解决方法：
更新pos的位置。
void insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//记录pos的相对位置
size_t n = pos - _start;
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
//更新pos
pos = _start + n;
}
iterator begin = end();
while (begin > pos)
{
*begin = *(begin - 1);
--begin;
}
*pos = val;
++_finish;
}
5.5erase
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start)
assert(pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
}
在来测试一下。
发现自己实现的vector没报错，库里面的vector，删除it位置，然后再读it位置，就报错了。这是也是因为迭代器失效问题。
再看看linux环境下同样代码是上面情况。
linux环境下读it位置可以再次读，说明这个位置没有失效。
那么erase删除位置到底失效不失效呢？
erase删除it位置，失效不失效，由编译器自己决定。
再看这样一种情况。
两个平台出现不一样的结果，为了代码能够再不同平台都能正常运行。所以，
erase，删除it位置元素，统一认为it失效了。it就不能再读写访问了，更新it才能继续访问，所以erase返回被删元素的下一个位置
更新了lt位置，就不会报错了。
正确写法。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}
5.6swap
void swap(Vector<T>& x)
{
std::swap(_start, x._start);
std::swap(_finish, x._finish);
std::swap(_endofstorage, x._endofstorage);
}
6.Capacity
6.1size
size_t size() const
{
//指针减指针等于元素个数
return _finish - _start;
}
6.2capacity
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
6.3reserve
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//记录_finish的相对位置
int Oldsize = size();
T* tmp = new T[n];
//_start不为nullptr再拷贝
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
//对_finish特殊处理。
//_finish=_start+_finish-_start导致的错误。
//_finish = _start + size();
_finish = _start + Oldsize;
_endofstorage = _start + n;
}
}
6.4resize
resize有三种情况；
n
void resize(size_t n, const T& val=T())
{
if (n > size())
{
//这里在reserve已经判断过了是否扩容
reserve(n);
//插入数据
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}
6.5empty
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
7.Element access
7.1operator[]
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
7.2at
T& at(size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& at(size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
剩下接口比较简单，这里就不再模拟实现了。
8.在谈reserve
在谈reserve之前，做一道LeetCode的题
118. 杨辉三角
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
vector<vector<int>> vv;
vv.resize(numRows);
for(int i=0;i<vv.size();++i)
{
vv[i].resize(i+1);
//放数据
for(int j=0;j<vv[i].size();++j)
{
if(j == 0 || j == vv[i].size()-1)
{
vv[i][j]=1;
}
else
{
vv[i][j]=vv[i-1][j-1]+vv[i-1][j];
}
}
}
return vv;
}
};
注意这道题，vector < T > ,T是自定义类型，不是内置类型；我们用自己写的vector来跑一下类似的代码，看看有没有什么问题。
void test_Vector4()
{
Vector<Vector<int>> vv;
Vector<int> v(5, 1);
vv.push_back(v);
vv.push_back(v);
vv.push_back(v);
vv.push_back(v);
vv.push_back(v);
for (size_t i = 0; i < vv.size(); ++i)
{
for (size_t j = 0; j < vv[i].size(); ++j)
{
cout << vv[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
}
为什么会有随机值的出现呢？
画图分析。
原因在于，reserve中memcpy拷贝的时候是浅拷贝，delete[ ] _start会把原有空间给释放掉了，所以出现随机值问题，
解决方法：浅拷贝换成深拷贝。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//记录_finish的相对位置
int Oldsize = size();
T* tmp = new T[n];
//_start不为nullptr再拷贝
if (_start)
{
//浅拷贝
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
//深拷贝
for (size_t i = 0; i < Oldsize; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
//对_finish特殊处理。
//_finish=_start+_finish-_start导致的错误。
//_finish = _start + size();
_finish = _start + Oldsize;
_endofstorage = _start + n;
}
}
自此关于vector类模拟实现结束了。里面有很多值得多多思考的东西，希望能给你带来一份收获，喜欢的小伙伴，点赞，评论，收藏+关注！下篇博文再见！