vector模拟实现

vector介绍

vector 是 C++ 标准库中的一个容器类模板，提供了动态数组的功能。它能够在运行时根据需要自动调整大小，并且支持快速的随机访问。
vector 的特点包括：

1. 动态大小： vector 能够自动调整大小以容纳存储的元素。当元素数量增加时，vector 会自动分配更多的内存空间来容纳新的元素。
2. 连续存储： vector 使用连续的内存块存储元素，因此可以通过指针算术运算来实现快速的随机访问。
3. 快速插入和删除： 在 vector 的末尾插入或删除元素的操作具有较低的时间复杂度。然而，在中间位置插入或删除元素需要移动后续元素的成本较高。
4. 随机访问： 可以通过索引来直接访问 vector 中的元素，而不需要遍历整个容器。
5. 迭代器支持： vector 提供了迭代器来遍历容器中的元素，包括正向迭代器和反向迭代器。
6. 内存管理： vector 负责管理存储元素的内存，可以自动分配和释放内存。
7. 使用 vector 可以方便地存储和操作一组元素，它提供了许多成员函数和操作符重载来实现元素的插入、删除、访问和修改等操作。由于 vector 是一个模板类，可以存储任意类型的对象，包括内置类型和自定义类型。

思路

为了实现了一个简化版的动态数组类 vector，我们需要进行以下操作：

1. 首先，定义一个 vector 类，并声明了一些成员函数和类型别名。其中 iterator 表示迭代器类型，begin() 和 end() 函数分别返回指向容器起始和结束位置的迭代器。

2. 然后，类中的私有成员变量包括 _start、_finish 和 _endofstorage，它们分别表示指向容器起始位置、结束位置和分配的内存结束位置的迭代器。

3. 接下来，实现构造函数、拷贝构造函数和范围构造函数，用于创建 vector 对象。构造函数可以接受不同的参数形式，包括空构造、拷贝构造和范围构造。

4. 然后，还需要实现一些其他的成员函数：
   如 swap() 函数用于交换两个 vector 对象的内容，
   operator= 重载函数用于实现赋值操作，
   push_back() 函数用于在容器末尾添加元素，
   capacity() 函数用于获取容器的容量，
   size() 函数用于获取容器的大小，
   reserve() 函数用于调整容器的容量，
   resize() 函数用于调整容器的大小，并可以指定默认值，
   insert() 函数用于在指定位置插入元素，
   erase() 函数用于删除指定位置的元素，
   operator[] 重载函数用于通过索引访问容器中的元素。

代码

#pragma once

#include 
//模拟实现
namespace hsl
{
	template <class T>
	class vector
	{

	public:
		typedef T* iterator;
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		vector()
		{}

		vector(const vector<T>& v)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}


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

		vector(size_t n,const T& val=T())
		{
			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		vector(int n, const T& val = T())
		{
			for (int i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

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

		vector<T>& operator =(vector<T>& v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

		~vector()
		{
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t cp;
				reserve(cp = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
		}

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

		size_t size() const

		{
			return _finish - _start;
		}


		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				size_t sz = size();
				if (_start)
				{
				//	memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * n);
					for (size_t i = 0; i < size(); i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start+sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}
		
		void resize(size_t n,T val = T())
		{
			if (n <= size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				/*int begin = size();
				while (begin < n)
				{
					push_back(val);
					begin++;
				}*/
				while (_finish < _start + n)
				{
					*(_finish) = val;
					++_finish;
				}
			}
		}

		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;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);
			auto it = pos;
			while (it < _finish)
			{
				*it = *(it + 1);
				it++;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}


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

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

	
	
	//测试函数
	void test_vector1()
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);
		v1.push_back(6);


		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
		auto it = v1.begin();

		while (it != v1.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
				it=v1.erase(it);
			}
			else
			{
				it++;
			}
		}

		for (auto e : v1)
		{
			cout << e<<" ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_vector2()
	{
		vector<string> v1;
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");

		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	void test_vector3()
	{

		vector<int> v1(10,1);
		vector<int> v2;
		v2 = v1;
			

		for (auto e : v2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

---

代码（有注释版）

#pragma once
#include 
namespace hsl
{

template <class T>
class vector
{

public:
	typedef T* iterator;  // 迭代器类型定义为指向 T 类型的指针
	iterator begin()  // 返回指向容器起始位置的迭代器
	{
		return _start;
	}

	iterator end()  // 返回指向容器结束位置的迭代器
	{
		return _finish;
	}


	vector()  // 默认构造函数
	{}


	vector(const vector<T>& v)  // 拷贝构造函数
	{
		reserve(v.capacity());  // 根据 v 的容量分配内存
		for (auto& e : v)  // 遍历 v 中的元素
		{
			push_back(e);  // 将元素添加到当前 vector 中
		}
	}


	template <class InputIterator>
	vector(InputIterator first, InputIterator last)  // 范围构造函数
	{
		while (first != last)  // 遍历指定范围内的元素
		{
			push_back(*first);  // 将元素添加到当前 vector 中
			first++;  // 移动迭代器
		}
	}

	// 构造函数：创建一个指定大小的 vector，并用指定的值进行初始化
	vector(size_t n, const T& val = T())
	{
		for (size_t i = 0; i < n; i++)
		{
			push_back(val);  // 将指定值 val 添加到 vector 中
		}
	}

	// 构造函数：创建一个指定大小的 vector，并用指定的值进行初始化
	vector(int n, const T& val = T())
	{
		for (int i = 0; i < n; i++)
		{
			push_back(val);  // 将指定值 val 添加到 vector 中
		}
	}

	// 交换两个 vector 对象的内容
	void swap(vector<T>& v)
	{
		std::swap(_start, v._start);  // 交换容器的起始位置
		std::swap(_finish, v._finish);  // 交换容器的结束位置
		std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);  // 交换容器的内存结束位置
	}

	// 赋值运算符重载
	vector<T>& operator =(vector<T>& v)
	{
		swap(v);  // 交换当前 vector 和 v 的内容
		return *this;  // 返回当前 vector 对象
	}

	// 析构函数：释放 vector 对象所占用的内存
	~vector()
	{
		delete[] _start;  // 释放内存
		_start = _finish = _endofstorage = nullptr;  // 将迭代器置空
	}

	// 在 vector 的末尾添加一个元素
	void push_back(const T& x)
	{
		if (_finish == _endofstorage)  // 如果内存空间不足
		{
			size_t cp;
			reserve(cp = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);  // 扩容
		}
		*_finish = x;  // 将元素 x 添加到末尾
		++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
	}

	// 返回 vector 的容量大小
	size_t capacity() const
	{
		return _endofstorage - _start;  // 返回分配的内存大小
	}

	// 返回 vector 的元素个数
	size_t size() const
	{
		return _finish - _start;  // 返回当前元素个数
	}

	// 调整 vector 的容量
	void reserve(size_t n)
	{
		if (n > capacity())  // 如果需要的容量大于当前分配的内存大小
		{
			T* tmp = new T[n];  // 申请新的内存空间
			size_t sz = size();
			if (_start)  // 如果原始 vector 不为空
			{
				for (size_t i = 0; i < size(); i++)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}
				delete[] _start;
			}
			_start = tmp;  // 更新起始位置的迭代器
			_finish = _start + sz;  // 更新结束位置的迭代器
			_endofstorage = _start + n;  // 更新内存结束位置的迭代器
		}
	}

	// 调整 vector 的大小，并用指定的值填充新元素
	void resize(size_t n, T val = T())
	{
		if (n <= size())  // 如果指定大小小于等于当前元素个数
		{
			_finish = _start + n;  // 更新结束位置的迭代器
		}
		else
		{
			reserve(n);  // 调整容器的容量
			while (_finish < _start + n)  // 如果结束位置的迭代器还未到达指定大小
			{
				*(_finish) = val;  // 添加指定值 val 到结束位置
				++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
			}
		}
	}

	// 在指定位置插入一个元素
	void insert(iterator pos, const T& x)
	{
		assert(pos >= _start);  // 断言：插入位置在合法范围内
		assert(pos <= _finish);
		if (_finish == _endofstorage)  // 如果内存空间不足
		{
			size_t len = pos - _start;
			reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);  // 扩容
			pos = _start + len;  // 更新插入位置的迭代器
		}
		iterator end = _finish - 1;  // 获取原始结束位置的迭代器
		while (end >= pos)  // 从插入位置开始，将元素后移一位
		{
			*(end + 1) = *end;
			end--;
		}
		*pos = x;  // 在插入位置处添加元素
		++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
	}

	// 删除指定位置的元素
	iterator erase(iterator pos)
	{
		assert(pos >= _start);  // 断言：删除位置在合法范围内
		assert(pos < _finish);
		iterator begin = pos + 1;  // 获取删除位置的下一个位置的迭代器
		while (begin != _finish)  // 将元素前移一位
		{
			*(begin - 1) = *begin;
			++begin;
		}
		--_finish;  // 更新结束位置的迭代器
		return pos;  // 返回删除位置的迭代器
	}

	// 重载 [] 运算符，通过索引访问容器中的元素
	T& operator [](size_t index)
	{
		assert(index >= 0 && index < size());  // 断言：索引在合法范围内
		return _start[index];  // 返回对应索引位置的元素引用
	}

private:
	iterator _start;        // 指向容器起始位置的迭代器
	iterator _finish;       // 指向容器结束位置的迭代器
	iterator _endofstorage; // 指向容器分配的内存结束位置的迭代器
};


	void test_vector1()
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);
		v1.push_back(6);


		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
		auto it = v1.begin();

		while (it != v1.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
				it=v1.erase(it);
			}
			else
			{
				it++;
			}
		}

		for (auto e : v1)
		{
			cout << e<<" ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_vector2()
	{
		vector<string> v1;
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
		v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");

		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	void test_vector3()
	{

		vector<int> v1(10,1);
		vector<int> v2;
		v2 = v1;
			
		for (auto e : v2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

（本章完）