C++标准模板库——vector的使用及其模拟实现
目录
一. vector的介绍
1.vector的介绍
二.vector的使用
- vector中常见接口的介绍
- vector的构造和析构函数
- vector的三种遍历方式
三.vector的模拟实现
- vector的增删查改
- vector容器的容量变化和大小增减
- vector迭代器失效问题
- vector的小框架 构造函数和析构函数
- 迭代器和operator[]的实现
- vector的拷贝构造函数和operator=
- memcpy拷贝问题
- 模拟实现整体源代码
一.vector的介绍
1.vector的介绍
更多详细细节可以参考 vector参考书
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
- 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小
为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。 - vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
- 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
- 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好。
二. vector的使用
1. vector的常见接口介绍
1.1vector的定义
1.2 vector 迭代器 的使用
1.3 vector的空间增长问题
测试代码：
#include运行结果:
vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
通过reserve()接口提前设置好容量，我们可以减少扩容次数，减少扩容对效率的损耗
测试代码：
#include
1.4vector的增删查改
测试代码：
void Test_vector1()
{
vector<int> v;
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}
cout << "尾插数据后：" << endl;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";//像数组一样用[]访问vector中的元素
}
cout << endl;
v.pop_back();
v.pop_back();
cout << "尾删两个数据后：" << endl;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<int>::iterator it = v.begin();
v.insert(it+3, 30);//在下标为3的前面插入一个30
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
it = v.erase(it+3);//删除it位置的数，并把该位置被删除的后面的数的迭代器返回给it
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果：
2.vector的构造函数和析构函数
3.vector的三种遍历方式
测试代码：
void Test_vector4()
{
vector<int> v;
for (size_t i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}
cout << "第一种用[]进行遍历：" << endl;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
cout << "第二种用迭代器进行遍历：" << endl;
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
cout << "第三种用范围for进行遍历：" << endl;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果：
三.vector的模拟实现
开始时定义个自己的命名空间，然后利用类模板控制vector可以存放多种类型的数据,定义迭代器和私有成员变量，_start相当于vector常用接口中的begin(),_finish相当于end(),_endofstorage相当于_start+capacity();
#pragma once
#include1. vector的增删查改
代码：
//尾插
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
//在pos位置前插入x
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
}
//删除pos位置的元素
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator it = pos+1;
while (it<_finish)
{
*(it-1) = *it;
++it;
}
_finish--;
return pos;
}
测试代码：
void test_vector2()
{
simulation::vector<int> v;
//尾插
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.push_back(7);
v.push_back(8);
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//在4前面插入一个40
v.insert(v.begin() + 3, 40);
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//头插一个100
v.insert(v.begin(), 100);
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//尾插1000
v.insert(v.end(), 1000);
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//头删
v.erase(v.begin());
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//尾删
v.erase(v.end() - 1);
for (int e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果：
- vector容器的容量变化和大小增减
成员函数实现：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//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;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= _finish)
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (n + _start > _finish)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
- vector迭代器失效问题
在pos位置插入数据时，可能存在扩容问题，扩容一般情况下都会找一块新的空间，然后释放旧空间，把指针指向新的空间，但是此时传进去的参数pos没有跟着空间的变化而与_start发生相对变化，所以这时迭代器就失效了，不能再让迭代器往后使用了，此时想要不让迭代器失效只能保留pos与_start的偏移量，然后等到扩容后把pos位置的迭代器更新，那么pos位置的迭代器才能继续使用。
erase这个接口也会使得迭代器失效，原因在于删除pos位置的数据之后，pos指向的数据的值已经被删除，所以想要继续使用迭代器需要在该接口返回值那里返回一个迭代器，指向被删除的值的下一个位置的迭代器，方能继续使用.
所以这样实现才是合理的
//删除pos位置的元素
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator it = pos+1;
while (it<_finish)
{
*(it-1) = *it;
++it;
}
_finish--;
return pos;
}
- vector的小框架 构造函数和析构函数
代码实现：
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{
}
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
- 迭代器和operator[]的实现
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
- vector的拷贝构造函数和operator=
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
- memcpy拷贝问题
memcpy进行拷贝时会对自定义数据类型的数据进行浅拷贝，而浅拷贝在进行析构的时候，会进行两次析构，导致出现错误，所以拷贝的时候应该进行深拷贝
如下是代码实现
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//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;
_endofstorage = _start + n;
}
}
通过for循环一份一份的拷贝到新的空间就不会造成空间被释放两次
- 模拟实现整体源代码
#pragma once
#include