Vector 模拟实现
前言
本文将会向您介绍如何模拟实现vector
引入
Vector是一种动态数组，也是C++标准库中的容器之一。它提供了一种存储和操作一系列元素的方式，类似于数组，但具有更多的功能和灵活性。
Vector可以存储不同类型的元素，并且可以根据需要动态调整大小。它使用连续的内存块来存储元素，使得元素的访问和遍历效率较高。与普通数组相比，Vector的大小可以动态增长或缩小，而不需要手动编写代码来重新分配内存。
Vector提供了一系列的成员函数和操作符，可以方便地进行元素的插入、删除、访问和修改等操作。它还支持迭代器，可以通过迭代器遍历Vector中的元素。
功能分解
构造
提供了一个默认的构造，和一个n个value的构造
//构造
vector()
{
}
//构造
vector(int n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}
拷贝构造
解析：假设用v1拷贝v2，v是v1的别名，将v的内容尾插到v2中
//v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
赋值重载
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(start, v.start);
std::swap(finish, v.finish);
std::swap(end_of_storage, v.end_of_storage);
}
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
析构
~vector()
{
delete[] start;
start = finish = end_of_storage = nullptr;
}
迭代器
Vector源代码中使用了start、finish、endofstorage三个指针
start指针指向vector中的第一个元素的位置。
finish指针指向vector中最后一个元素的下一个位置。也就是说，finish指针指向vector中当前元素的末尾位置。tips：[start , finish)
endofstorage指针指向vector内部分配的内存空间的末尾位置。这个指针通常用于判断vector是否需要重新分配内存空间。
iterator begin()
{
return start;
}
iterator end()
{
return finish;
}
const_iterator begin() const
{
return start;
}
const_iterator end() const
{
return finish;
}
//获取大小
size_t size() const
{
return finish - start;
}
//获取容量
size_t capacity() const
{
return end_of_storage - start;
}
尾插：当size与capacity相等时，就需要进行扩容。
以下一个步骤相当于扩容，当尾插需要扩容时，对capacity进行修改
而reserve只是完成扩容的剩下步骤（拷贝空间到新空间，释放旧空间，更新指针指向的位置）
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
当capacity为0时，赋值4，当capcaity不为0时capacity*2作为参数给reserve
void push_back(const T& x)
{
if (size() == capacity())
{
//扩容
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
//插入数据
*finish = x;
finish ++;
//复用
//insert(end(), x);
}
Reserve
开空间：
场景一：当尾插size与capacity相等时，n接收应需要扩容的大小
开辟一个新空间
T* tmp = new T[n];
如果start不为空，就需要把原来空间里的内容拷贝到新空间里，然后在再释放旧空间
if (start)
{
}
void reserve(size_t n)
{
size_t sz = size();
//开空间
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
//如果start不为空就要拷贝就空间
//memcpy(tmp, start, sizeof(T) * sz);
if (start)
{
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = start[i];
}
delete[] start;
}
//更新
start = tmp;
finish = start + sz;
end_of_storage = start + n;
}
}
注意：
在更新指针指向的空间时，这里需要提前保存size的大小
不能按如下写法
finish = start + size();
当还没有插入数据时，start应与finish指向的位置相同位于起始位置0处，size( )应为0.但是size（）不为0，size = finish - start 旧空间的finish - 新空间的start(tmp)
Resize
改变大小： n的可能有两种情况，第一是n <= size，直接改变finish指向的位置即可
第二时n > size，需要进行扩容，并且插入Value值
const T& value = T()
//改变大小
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
if (n <= size())
{
finish = start + n;
}
else
{
reserve(n);
while(size_t(finish - start) < n)
{
*finish = value;
++finish;
}
}
}
Insert
在任意位置pos处插入：
判断有效位置、判断扩容、挪动数据、插入数据
以上步骤的逻辑较为简单不再讲解
注意：
必须要记录pos的相对位置，再对pos进行更新
否则：pos指向要插入的位置，如果扩容后，会将旧空间释放掉，其中包括pos指向的位置，这样一来pos就变成野指针，解引用插入数据的时候就会有问题
size_t len = pos - start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = start + len;
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//判断有效位置
assert(pos >= start);
assert(pos <= finish);
//判断扩容
if (size() == capacity())
{
//pos失效
size_t len = pos - start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = start + len;
}
//挪动数据
T* end = finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
finish++;
return start;
}
另外当我们进行以下测试的时候会出现以下错误
原因是：
当我们向一个vector中插入元素时，pos是it的拷贝，虽然我们在insert中对pos进行修正，但是pos的修改并不会影响到it迭代器，这种情况下，原有的迭代器指向的内存地址已经不再有效，因此不能再使用。
void test3()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator it = v.begin() + 2;
v.insert(it, 30);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.insert(it, 20);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
}
Erase
删除：判断有效位置、覆盖数据，最后 - -finish
以上步骤较为简单，就不在这里进行讲解
iterator erase(iterator pos)
{
//判断有效位置
assert(pos >= start);
assert(pos < finish);
iterator end = pos + 1;
while (end < finish)
{
*(end - 1) = *end;
end++;
}
finish--;
return start;
}
注意：
当我们测试以下数据并且想erase掉偶数
我们像以下写法使用迭代器还会导致像insert时迭代器失效一样的问题吗
答案是：会的
while (it != v3.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v3.erase(it);
}
it++;
}
测试数据：1 2 2 3 4 5
我们可以观察到，此时并没有erase掉偶数
原因是 it 指向第一个2的位置，当我们erase移动覆盖第一个2时，此时 第二个2就跑到了it指向的位置，然后再++it，本来应对第二个2进行判断的时候，却直接跳过了
测试数据：1，2，3，4，5，6
VS有个特点：erase后不让再使用迭代器，进行了强制检查
当我们erase最后一个偶数时，finish–，然后it++，这会导致it != v3.end()直接失效
C++库也给出了解决方案
返回被删除数据的下一个位置，我们只需要接收这个位置即可
void test_vector3()
{
vector<int> v3;
v3.push_back(1);
v3.push_back(2);
v3.push_back(2);
v3.push_back(3);
v3.push_back(4);
v3.push_back(5);
v3.push_back(6);
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
Fan::vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v3.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
}
测试用例
//void test_vector1()
//{
// vector v1;
// v1.push_back(1);
// v1.push_back(2);
// v1.push_back(3);
// v1.push_back(4);
// v1.push_back(5);
// v1.insert(v1.begin() + 3, 1);
// v1.insert(v1.begin(), 0);
// v1.insert(v1.end(), 1);
// Fan::vector::iterator it = v1.begin();
// while (it != v1.end())
// {
// cout <<" "<< * it;
// ++it;
// }
//}
//void test_vector2()
//{
// vector v2;
// v2.push_back(1);
// v2.push_back(2);
// v2.push_back(3);
// v2.push_back(4);
// v2.push_back(5);
// v2.push_back(6);
// v2.push_back(7);
// for (auto e : v2)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// v2.erase(v2.begin() + 1);
// v2.erase(v2.begin() + 1);
// for (auto e : v2)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
//void test_vector3()
//{
// vector v3;
// v3.push_back(1);
// v3.push_back(2);
// v3.push_back(2);
// v3.push_back(3);
// v3.push_back(4);
// v3.push_back(5);
// v3.push_back(6);
// for (auto e : v3)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// Fan::vector::iterator it = v3.begin();
// while (it != v3.end())
// {
// if (*it % 2 == 0)
// {
// it = v3.erase(it);
// }
// else
// {
// it++;
// }
// }
// for (auto e : v3)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
//void test_vector4()
//{
// vector v4;
// v4.push_back(1);
// v4.push_back(2);
// v4.push_back(2);
// v4.push_back(3);
// v4.push_back(4);
// v4.push_back(5);
// v4.push_back(6);
// for (auto e : v4)
// {
// cout << e << " ";
// }
// v4.pop_back();
// cout << endl;
// for (auto e : v4)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// cout << v4[1];
//}
//void test_vector5()
//{
// vector v5;
// v5.push_back(1);
// v5.push_back(2);
// v5.push_back(2);
// v5.push_back(3);
// v5.push_back(4);
// vector v6;
// v6 = v5;
// for (auto e : v6)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
//void test_vector6()
//{
// vector v6;
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// v6.push_back("1111111111111111111");
// for (auto e : v6)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
//void test_vector7()
//{
// vector v1;
// v1.resize(10);
// vector v2;
// v2.resize(10, "xxx");
// for (auto e : v1)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// for (auto e : v2)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
//void test_vector8()
//{
// vector v1;
// v1.resize(10, "xxx");
// vector v2(v1);
// for (auto e : v2)
// {
// cout << e << " ";
// }
// cout << endl;
// vector v3(v2.begin(), v2.end());
// for (auto e : v3)
// {
// cout << e << " ";
// }
//}
int main()
{
//test_vector1();
//test_vector2();
//test_vector3();
//test_vector4();
//test_vector5();
//test_vector6();
//test_vector7();
//test_vector8();
return 0;
}
小结
关于本文Vector代码已经上传到gitee了，如果本文存在遗漏或错误的的地方，还请您能够指出。