vector的简单模拟实现_C++

目录

一、vector的数据结构

二、vector的构造

三、vector的增删查改及空间管理

四、全部代码

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一、vector的数据结构

vector以线性连续空间为基础来定义数据结构以及扩展功能。vector的两个迭代器，分别是start和finish，分别指向配置得来的已被使用的空间。还有一个迭代器，end_of_storage指向整块连续空间的尾端。 

iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;

（此处迭代器变量名前加‘_'表示我们不是真正的vector而是模拟出来的） 

这些迭代器应该被private所修饰，那么，可以设计如下构造函数来提取vector的首尾，这样既保护了迭代器，又便于提取首位：

iterator begin()
{
	return _start;
}

iterator end()
{
	return _finish;
}

const_iterator begin() const
{
	return _start;
}

const_iterator end() const
{
	return _finish;
}

vector的实际配置大小要比需求量大一些，以便将来可以扩充。也就是说，vector的容量大小永远大于或者等于其大小。一旦其容量等于其大小，即是满载，当有新的元素加入时，vector就要进行扩容。

示意图如下： 

二、vector的构造

vector的构造如下：

(constructor)构造函数声明	接口说明
vector();	无参构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type());	构造并初始化n个val
vector (const vector& x);	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);	使用迭代器进行初始化构造

我们来一一实现。

无参构造：

vector()
{}

初始化n个构造：

vector(size_t n, const T& val = T())
{
	resize(n, val);
}

vector(int n, const T& val = T())
{
	resize(n, val);
}

拷贝构造：

vector(const vector& v)
{
	_start = new T[v.capacity()];
	//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		_start[i] = v._start[i];
	}

	_finish = _start + v.size();
	_endofstorage = _start + v.capacity();
}

使用迭代器初始化构造：

template
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
	while (first != last)
	{
		push_back(*first);
		++first;
	}
}

除此之外，也可以重载=来实现构造，原理同拷贝构造：

vector& operator=(vector v)
{
	swap(v);

	return *this;
}

最后，既然有构造函数，那必然有析构函数呀：

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

三、vector的增删查改及空间管理

vector的增删查改功能函数如下：

vector增删查改	接口说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
find	查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert	在position之前插入val
erase	删除position位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
operator[]	像数组一样访问

要实现push_back，我们先实现insert：

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

	if (_finish == _endofstorage)
	{
		size_t len = pos - _start;

		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + len;
	}

	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}

	*pos = x;
	++_finish;

	return pos;
}

这样，在设计push_back时，直接调用insert函数就好：

void push_back(const T& x)
{
	insert(end(), x);
}

要实现pop_back，不妨参考push_back的实现过程，先实现erase：

iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos < _finish);

	iterator it = pos + 1;
	while (it != _finish)
	{
		*(it - 1) = *it;
		++it;
	}

	--_finish;

	return pos;
}

再直接调用erase即可实现pop_back：

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

要交换两个vector的数据空间的话，把关键迭代器交换即可：

void swap(vector& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}

operator[]的实现如下：

T& operator[](size_t pos)
{
	assert(pos < size());

	return _start[pos];
}

const T& operator[](size_t pos) const
{
	assert(pos < size());

	return _start[pos];
}

vector的空间管理功能如下：

容量空间	接口说明
size	获取数据个数
capacity	获取容量大小
empty	判断是否为空
resize	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

前三个都很简单，返回相应的值即可：

size_t size() const
{
	return _finish - _start;
}

size_t capacity() const
{
	return _endofstorage - _start;
}

bool empyt() const
{
    return ((_endofstorage - _start) == 0 ? true : false);
}

重点实现的是resize和reserve：

resize如下：

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

		while (_finish != _start + n)
		{
			*_finish = val;
			++_finish;
		}
	}
}

reserve如下：

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		size_t sz = size();
		T* tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			for (size_t i = 0; i < sz; i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}

			delete[] _start;
		}

		_start = tmp;
		_finish = _start + sz;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

四、全部代码

全部代码如下：

#include

namespace bit
{
	template
	class vector
	{
	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;
		}

		vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

		vector(int n, const T& val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

		template
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		vector()
		{}

		vector(const vector& v)
		{
			_start = new T[v.capacity()];
			for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
			{
				_start[i] = v._start[i];
			}

			_finish = _start + v.size();
			_endofstorage = _start + v.capacity();
		}

		void swap(vector& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}

		vector& operator=(vector v)
		{
			swap(v);

			return *this;
		}

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

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					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 < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);

				while (_finish != _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			insert(end(), x);
		}

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

		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());

			return _start[pos];
		}

		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < size());

			return _start[pos];
		}

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

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;

				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);

				// 解决pos迭代器失效问题
				pos = _start + len;
			}

			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}

			*pos = x;
			++_finish;

			return pos;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos < _finish);

			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}

			--_finish;

			return pos;
		}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _endofstorage = nullptr;
	};
}