C++之打造my vector篇
目录
前言
1.参照官版，打造vector的基本框架
2.丰富框架，实现接口方法
基本的迭代器实现
数据的[]访问
容量和数据空间的改变
vector空间大小的返回与判空
数据的增删
数据打印
拷贝构造和赋值重载
3.扩展延伸，深度理解代码
迭代器失效问题
使用memcpy的拷贝问题
结束语
前言
前面章节我们讲解了vector相关接口，方法的使用，本节内容我们将自己创造vector,模仿官方的接口方法。
1.参照官版，打造vector的基本框架
通过查看官方文档我们知道，vector是个可以变化的数组，是个容器，可以储存一系列数据，
是典型的模版类。
且有三个基本成员start,finish,end_of_storage,我们可以理解为指向数组的开端，数据的结尾，以及容量的结束指针。
上图为插入成员后的分布情况。
故创造了一下的基本框架，因为是我们自己的实现，所以定义了一个my_vector的命名空间，
namespace my_vector {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
{}
~vector() {
if (_start) {
delete[]_start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish=nullptr;
iterator _end_of_storage=nullptr;
};这里我们采用初始化列表来进行默认构造，直接使用私有成员的缺省值，较为简便。
C++11前置生成默认构造
vector()=default;
2.丰富框架，实现接口方法
基本的迭代器实现
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
const_iterator begin()const {
return _start;
}
const_iterator end() const{
return _finish;
}就是比较简单的返回开始和结束的指针。
数据的[]访问
T& operator[](size_t i) {
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}顾名思义就是相似于数组的下标访问
容量和数据空间的改变
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t oldsize = size();
T* temp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));
/*
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {
temp[i] = _start[i];
}
*/
delete[]_start;
_start = temp;
_finish =temp + oldsize;
_end_of_storage = temp+n;
}
}对于扩容操作，我们创建了一个新的数组，然后定义一个oldsize来存储以前的数据空间，来确定之后的_finish位置，因为我们在之前释放了原来的数组了，如果不想这样操作，不想定义一个oldsize,就要把delete操作放在_finish=temp+size（）之后。
这里用了memcpy函数来转移数据，但是我们会发现有一个小小的问题，当数据类型为string时，程序会崩溃，这个后续会讲解的。
void resize(size_t n, T val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
resize函数的作用是调整容器的大小，使其能够容纳n个元素。如果n小于当前容器的大小，则容器会被截断；如果n大于当前容器的大小，则容器会被扩展，并且新增的元素会被初始化为val的值。
T val = T()：表示一个默认参数，它是容器的元素类型T的默认构造函数生成的对象。如果调用resize时没有指定这个参数，就会使用元素类型的默认值。
如果n小于当前容器的大小
_finish = _start + n;：这条语句会截断容器，使其大小变为n。这里_start是指向容器第一个元素的指针，_finish是指向容器最后一个元素的下一个位置的指针。通过将`_finish`向前移动到_start + n的位置，容器的大小就被减少了。
如果`n`大于或等于当前容器的大小
- reserve(n);：调用reserve函数确保容器的容量至少为n。如果当前容量小于n，reserve会重新分配内存以容纳至少n个元素。
- 默认构造函数`T()`必须存在，以便能够为新元素提供默认值。如果`T`没有默认构造函数，则这段代码在尝试使用默认参数时会出错。
vector空间大小的返回与判空
size_t size()const {
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const {
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()const {
return _start == _finish;
}大小返回就是几个指针加减即可
数据的增删
对于数据的增删，模拟尾插，尾删，指定位置的插入，删除（后两者都与迭代器iterator相结合）
void push_back(const T& x) {
if (_finish == _end_of_storage) {
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back() {
assert(!empty());
--_finish;
}
void erase(iterator pos) {
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end()) {
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
}
iterator insert(iterator pos,const T&x) {
assert(pos >= _start && pos<=_finish);
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish + 1;
while (end > pos) {
*end = *(end - 1);
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}对于插入数据的操作都要进行扩容的判断操作，对于数据的挪动我们可以采用依次赋值，就像代码中的*end=*(end-1);end--//*(it-1)=*it;it++;
通过画图可以更加清楚的理解。
数据打印
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v) {
//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << '\n';
for (auto e:v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
template<class Container>
void print_container(const Container& v) {
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << '\n';
for (auto e : v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator是类型还是静态成员变量，所以在注释的部分我们看见前面加了个typename.
//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
print_vector 函数专门用于打印 std::vector<T> 类型的容器。
print_container 函数是一个更通用的模板函数，可以用于打印任何符合容器概念的类型。
void vector5()
{
vector<string> v;
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
}拷贝构造和赋值重载
vector(const vector<T>& v) {
reserve(v.size());
for (auto e : v) {
push_back(e);
}
}
vector<T>operator=(const vector<T>& v) {
if (this != v) {
reserve(v.size());
for (auto e : v) {
push_back(e);
}
}
return this;
}这一种思路是开设新空间，然后将数据一个个尾插到创建的对象中。
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
// v1 = v3
//vector& operator=(vector v)
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
这种思路是交换的方式，通过调用官方库中的函数，指针交换，将v的地址给了创建的对象。
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) {
while (first != last) {
push_back(*first);
first++;
}
}通过传需要拷贝的对象的数据范围给新对象（迭代器区间），是个函数模版，可以用任意的迭代器初始化，类型匹配即可 。
模板构造函数，用于构造一个std::vector，该构造函数接受两个迭代器first和last，它们定义了要复制到新vector中的元素的范围。
3.扩展延伸，深度理解代码
在VS环境下，比较严格，在迭代器方面比较严格，特别是失效迭代器的访问。
迭代器失效问题
在测试接口的过程中，有个bug就是迭代器失效问题
我们知道迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。
因此迭代器失效，实际就是迭代器 底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即 如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。
1.对vector进行扩容操作，像resize,reserve等操作
还有就是在insert，push_back操作过程中涉及了扩容
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容
//量改变
v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
v.insert(v.begin(), 0);
v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
//v.assign(100, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释
放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块
已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给
it重新赋值即可。
*/
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}修改后的代码
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
// 在修改vector之后，重新获取迭代器
auto it = v.begin();
v.reserve(100);
v.insert(v.begin(), 0);
v.push_back(8);
// 如果使用v.assign(100, 8);，也需要在之后重新获取迭代器
// 重新获取迭代器，因为之前的操作可能会改变vector的内存
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
还有一点就是insert数据过后，即使没有扩容，指向容器中插入点之后的所有迭代器、指针和引用都可能失效。
所以当我们继续访问修改p的位置数据，已经失效了，需要更新失效的迭代器。
由于数据挪动，p的指向改变了，所以我们认为迭代器也失效了。
v.insert(p, 40);
p=v.insert(p, 40);
(*(p+1)) *= 10;
2.erase的删除导致的迭代器失效问题
void test_vector3()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
print_container(v);
// 删除所有的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
print_container(v);
}
}当我们用VS std中的接口时，会发现直接报错
所以我们也要进行重新的更新
it=v.erase(it);
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}
使用memcpy的拷贝问题
当我们想拷贝几个字符串时，就会出现问题了。
问题分析：
1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中。
2. 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t oldsize = size();
T* temp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));
/*
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {
temp[i] = _start[i];
}
*/
delete[]_start;
_start = temp;
_finish =temp + oldsize;
_end_of_storage = temp+n;
}
}当我们使用这个memcpy版本进行扩容插入时，程序会出现问题
测试代码
void vector5() {
vector<string> v;
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
}
memcpy是浅拷贝，temp和原来的v指向了同一块空间，当调用了delete[]时，11111111...字符串被析构了，空间释放，变成随机值，后面又delete，free _start ,这时候temp指向的是释放的空间。
所以我们可以调用赋值，就可以解决问题，本质调用string的赋值，其他类型赋值一样的。
旧空间释放就不会影响新空间。
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {
temp[i] = _start[i];
4.完整代码复现
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
namespace my_vector {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
{}
vector(const vector<T>& v) {
reserve(v.size());
for (auto e : v) {
push_back(e);
}
}
/*
vector<T>operator=(const vector<T>& v) {
if (this != v) {
reserve(v.size());
for (auto e : v) {
push_back(e);
}
}
return this;
}
*/
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) {
while (first != last) {
push_back(*first);
first++;
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
// v1 = v3
//vector& operator=(vector v)
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
void clear() {
_finish = _start;
}
~vector() {
if (_start) {
delete[]_start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
const_iterator begin()const {
return _start;
}
const_iterator end() const {
return _finish;
}
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t oldsize = size();
T* temp = new T[n];
memcpy(temp, _start, oldsize*sizeof(T));
/*
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {
temp[i] = _start[i];
}
*/
delete[]_start;
_start = temp;
_finish = temp + oldsize;
_end_of_storage = temp + n;
}
}
void resize(size_t n, 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) {
if (_finish == _end_of_storage) {
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back() {
assert(!empty());
--_finish;
}
void erase(iterator pos) {
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end()) {
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
}
iterator insert(iterator pos, const T& x) {
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish + 1;
while (end > pos) {
*end = *(end - 1);
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
size_t size()const {
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const {
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()const {
return _start == _finish;
}
T& operator[](size_t i) {
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v) {
//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << '\n';
for (auto e : v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
template<class Container>
void print_container(const Container& v) {
/*
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << '\n';
*/
for (auto e : v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void vector1() {
vector<int>v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
int x;
cin >> x;
auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
if (p != v.end()) {
p = v.insert(p, 40);
(*(p + 1)) *= 10;
}
//v.pop_back();
//v.pop_back();
//v.insert(v.begin() + 2, 5);
//v.erase(v.begin() + 3);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {
cout << v[i] << endl;
}
}
void vector2() {
vector<int>v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
print_vector(v);
vector<int>v1(v);
vector <int>v2 = v;
vector<int> v3(v1.begin(), v1.begin() + 3);
print_container(v1);
print_container(v2);
print_container(v3);
/*
vector<double>v1;
v1.push_back(1.1);
v1.push_back(2.2);
v1.push_back(3.3);
v1.push_back(4.4);
v1.push_back(5.5);
v1.push_back(6.6);
print_container(v1);
*/
}
void vector3() {
vector<int> v;
v.resize(10, 1);
v.reserve(20);
print_container(v);
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
v.resize(15, 2);
print_container(v);
v.resize(25, 3);
print_container(v);
v.resize(5);
print_container(v);
}
void vector4() {
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
print_container(v);
// 删除所有的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
else {//不加else，不会删除连续的偶数，会++两次
++it;
}
}
print_container(v);
}
void test_vector3()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
print_container(v);
// 删除所有的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it=v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
print_container(v);
}
void vector5() {
vector<string> v;
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
v.push_back("11111111111111111111");
print_container(v);
}
}结束语
本期博客就到此结束啦，相信通过自己对vector的实现，大家对vector有了更深的了解。
最后希望友友们给小编点点赞吧，感谢各位友友的支持！！！