当前位置： 首页 > article >正文

【C++】模拟实现vector

article 2024/11/13 6:39:32

在上篇中我们已经了解过的vector各种接口的功能使用，接下来我们就试着模拟实现一下吧！

注意：我们在此实现的和C++标准库中实现的有所不同，其目的主要是帮助大家大概理解底层原理。

我们模拟vector容器的大致框架是：

template<class T>
class vector
{
public:
	typedef T* iterator;  //普通迭代器
    typedef const T* const_iterator; //const迭代器
	//...
private:
	iterator _start = nullptr; //指向容器起始位置(第一个有效数据)
	iterator _finish = nullptr;	 //指向容器最后一个有效数据的下一个位置
	iterator _end_of_storage = nullptr; //指向容器所开空间的最后一个位置的下一个位置
};

注意这里要与string类进行区别，我们在模拟string类时它有3个成员变量，其中，2个内置类型分别表示数据个数和容量大小，还有1个指针，指向空间起始位置，在这里我们换成了3个指针，它可以间接表示数据个数和容量大小，它和之前写的差别不大，只是形式上略有不同。

inerator是参数模板T类型的指针，容器中数据元素的类型是T。

我们本篇以实现为主，不再细讲各个函数功能介绍。

如果大家对各个成员函数还不太了解其功能时，可以去先看一下这篇文章->vector容器的基本使用

一、成员函数

1、size()

//返回vector容器元素个数
size_t size() const
{
	return _finish - _start;
}

2、capacity()

//返回vector容器容量大小
size_t capacity() const
{
	return _end_of_storage - _start;
}

3、empty()

//判断容器中元素是否为空，若为空返回true，否则返回false
bool empty()
{
	return _start == _finish;
}

4、clear()

//清空容器中的数据，容量不变
void clear()
{
	_finish = _start;
}

4、operator[]

//返回下标为i位置上的值
T& operator[](size_t i)
{
	assert(i < size());  //若i>=size()，说明越界了，程序就会发生断言错误
	return _start[i]; 
}

 空间是在堆上开辟的，所以可以传引用返回，传引用范围的目的是：(1)若T是自定义类型就可以减少一次拷贝构造。(2)方便我们修改对应下标的值。

如果对象被const修饰，也就是禁止修改对应的值，我们可以再写一个重载函数：

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

5、reserve()

//预留n个元素的空间
void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		//扩容
		T* tmp = new T[n]; //新开一段空间

		memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size()); //旧空间的值赋给新空间

		delete[] _start; //释放旧空间

		_start = tmp;  //获得新空间
		_finish = _start + size();  //改变_finish
		_end_of_storage = _start + n; //改变_end_of_storage
	}
}

当n大于capacity时，我们将扩容，当n小于capacity时，C++标准明确不缩容，所以我们什么也不做。 

扩容的逻辑就是新开一段空间，将原有的空间中的值拷贝给新空间，然后释放旧的空间，将我们新开的空间作为现在的空间。

6、resize()

//改变元素个数
void resize(size_t n, T val = T())
{
	if (n < size()) //如果n小于size()就更新_finish
	{
	    _finish = _start + n;
	}
	else  //否则就需要扩容
	{
		reserve(n); //reserve会检查，大于capacity才会扩容，如果扩容，不多扩，要多大给多大
		while (_finish < _start + n)
		{
			*_finish = val; //初始化新添加的元素值为val
			++_finish; 
		}
	}
}

一些函数参数有缺省值，但在此之前见到的缺省值一般都是内置类型，这里却不同，因为在模板被调用之前T的类型是未知的，它有可能是自定义类型，若是自定义类型，就不能单纯的给内置类型的缺省值，所以我们这里给的是T类型的默认构造参数。

那如果T是内置类型，这样行吗？内置类型也有构造函数？

我们暂且可以认为内置类型有构造函数，我们可以看几个例子：

int main()
{
	int a = int();
	int b = int(1);
	int c(10);

	cout << "a:" << a << endl;
	cout << "b:" << b << endl;
	cout << "c:" << c << endl;

	return 0;
}

运行结果： 

从代码的写法风格和结果上，我们可以认为内置类型有构造函数。 

利用resize我们可以直接初始化：

vector<int> v;
v.resize(10,1);  //初始化为10个1

 我们写一段代码来测试一下：
在主函数中调用test_vector0()：

void test_vector0()
{
	vector<int> v;
	v.resize(10, 1);
	print_container(v);

	v.reserve(20); //初始空间给20
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	cout << "------------------" << endl;

	//1、size() < n < capacity()
	v.resize(15, 2);
	print_container(v);
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	cout << "------------------" << endl;

	//2、n > capacity()
	v.resize(30, 100);
	print_container(v);
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	cout << "------------------" << endl;

	//3、n < size()
	v.resize(5);
	print_container(v);
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
}

运行结果： 

这里的print_container()是我们自己写的通用容器的打印方法，大家在下面的9(3)可以看到。

7、push_back()

它的功能是在尾部插入一个元素。

//尾插，在最后一个有效元素后插入一个新元素
void push_back(const T& x)
{
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		//扩容
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
	}

	*_finish = x;
	++_finish;
}

插入前，先判断需不需要扩容，若需要就先扩容，之后再进行尾插并更新_finish指针。

我们写完了尾插可以先测试一下，看看功能是否正确：

在主函数中调用test_vector1()：

void test_vector1()
{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);

		for (size_t i = 0;i < v.size();++i)
			cout << v[i] << " ";
}

运行结果： 

程序崩溃了，这是什么原因导致的呢？

在插入数据时，首先要判断是否扩容，我们首次尾插，_strat和_finish是相同的，所以要扩容。问题就出在这扩容上。经过调试：

我们发现，扩容后_finish竟然还是空指针，那一会插入数据必然报错，空指针不可以解引用的。

所以，问题的根本是在_finish = _start + size()；这行代码。_start因该是没问题的，它不再是空指针了，而是一个新的值，最终定位，问题出在size()上。

此时的size()中，_finish是扩容前的，_start是扩容后的，而_finish = _start + size()中的_strat也是扩容后的，所以抵消掉就是_finish = _finish，扩容前的_finish我们默认给的就是nullptr。所以问题出在这里。

我们可以对reserve()进行简单的修改：

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		//扩容
		T* tmp = new T[n]; //新开一段空间

		memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size()); //旧空间的值赋给新空间

		delete[] _start; //释放旧空间

		_finish = tmp + size();  //先修改_finish
		_start = tmp;  //再修改_start
		_end_of_storage = _start + n; //改变_end_of_storage
	}
}

这样size()中的_finish和_start都是扩容前的了，这样就解决了问题。但不难免有些人会感觉看着别扭，万一有些人有强迫症，就要先写_start = tmp 再写  _finish = tmp + size(); 那程序就还是会崩溃。有没有方法既可以看着舒服，又可以使程序正常运行呢？

答案是有的。

void reserve(size_t n)
{ 
	if (n > capacity())
	{
		size_t old_size = size(); //扩容前先记录数据个数
		//扩容
		T* tmp = new T[n]; //新开一段空间
		memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size); //旧空间的值赋给新空间

		delete[] _start; //释放旧空间
        
        //都用tmp，这样可以随便调整它们3个的位置
		_start = tmp;  //获得新空间
		_finish = tmp + old_size;  //改变_finish
		_end_of_storage = tmp + n; //改变_end_of_storage
	}
}

我们在扩容前，定义一个old_size就解决问题啦，它用于记录扩容前数据个数。

8、pop_back()

//尾删，删除最后一个有效元素
void pop_back()
{
	assert(!empty());
	--_finish;
}

9、迭代器

(1)begin()

普通迭代器：

iterator begin()
{
	return _start;
}

const迭代器：

const_iterator begin() const
{
	return _start;
}
(2)end()

普通迭代器：

iterator end()
{
	return _finish;
}

const迭代器：

const_iterator end() const
{
	return _finish;
}
 (3)print_container()

我们在类外面来写一个通用的，打印容器中数据的函数。

template<class Container>
void print_container(const Container& v)
{
    //vector<T>::const_iterator表达含义不清淅，这种写法既可以将const_iterator看作静态成员变量，也可以将它看作类型
	//规定--不能在没有实例化的类模板里面取东西。因为编译器不能区分这里的
	//const_iterator是类型还是静态成员变量，如果不加typename在语法上就会报错
    //如果加了typename编译器就知道了这是类型而不是静态成员变量，编译器认为在语法上没问题，所以不会报错

	//typename Container::const_iterator it = v.begin();


	auto it = v.begin(); //简单起见，我们可以直接用auto来让编译器自动帮我们识别类型
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

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

我们知道，编译器在编译代码时是从上到下进行编译的，当编译到 print_container这个函数模板时，类模板还没有实例化，如果贸然从中取到东西，就可能导致出现许多问题，就比如这里的const_iterator，所以我们规定不要在没有实例化的类模板里面取东西，这里我们明确知道了const_iterator是一个类型名，要想在语法上过的去，就必须加上typename关键字。

假设这里的const_iterator是静态成员变量，那么编译器只会认为你加了typename，是个类型，it的类型是const_iterator，这样定义语法上不会出错，别的它可就不管啦。但实际上语法虽然可以通过，但const_iterator是静态成员变量，运行时绝对会出问题的。

如果它本身就是静态成员变量，我们可以不加typename，因为静态变量我们在书写时就不会以这种方式去写vector<T>::const_iterator  it。

如果不加typename，编译器就会按照静态成员变量去识别了。

10、insert()

//在pos位置前插入新元素x
void insert(iterator pos,const T& x)
{
    //判断是否需要扩容
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
	}
    

    //end指向最后一个有效数据的位置
	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)  //依次挪动数据
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}

	*pos = x;  //pos位置上赋值
	++_finish; //更新_finish
}

代码写起来很容易，那我们来测试一下：

在主函数中调用test_vector2()：

void test_vector2()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	print_container(v);
    
    //在下标为0的位置上插入100
	v.insert(v.begin() + 0, 100);
	print_container(v);
}

运行结果： 

结果没有任何问题。 

在这段代码中，我们在push_back之前，容量是4，而我们插入了5个数据，所以会扩容，在扩容后，我们调用insert进行插入数据，运行结果也没有任何问题。

接下来我们修改一下测试代码：

void test_vector2()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	//v.push_back(5);
	print_container(v);
    
    //在下标为0的位置上插入100
	v.insert(v.begin() + 0, 100);
	print_container(v);
}

我将这段代码的第5个push_back给注释了，其目的是在调用insert时再扩容，看看会发生什么情况？

运行结果： 

这段代码已经崩了。

这里就出现了问题，而这个问题就是迭代器失效。

我们来分析一下，我们让insert插入时扩容，就导致了问题，画个图让大家能更好的理解：

扩容后，原先的空间就被释放了，但pos指向的还是原来空间的位置， 在insert中依次挪动数据时就会导致出现问题，这就是迭代器失效的一个例子，此时的pos就是野指针。

为了解决这个问题，我们可以在扩容之前记录一下pos与_satrt的相对位置，扩容后，再更新pos。

void insert(iterator pos,const T& x)
{
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t len = pos - _start; //记录相对位置
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
		pos = _start + len; //更新pos
	}

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

运行结果：

这样就解决了问题。

我们接下来再来实现一个小功能：

输入一个值，然后用查找算法看看这个值是否在vector中存在。

在主函数中调用test_vector3()：

void test_vector3()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	print_container(v);

	int x;
	cin >> x;
	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	if (p != v.end())
	{
		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
		print_container(v);
	}
	else
	{
		cout << "不存在:" << x << endl;
	}
}

其中，find是定义在<algorithm>这个头文件中的，它是一个函数模板，支持所有容器在一段区间中查找相应元素。它大概是这样的：

template<class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
{
  while (first!=last) {
    if (*first==val) return first;
    ++first;
  }
  return last;
}

它是在[first,last)这个区间去找val，注意是左闭右开。

 test_vector3()运行结果：

我们输入的x值为3，结果并没有任何错误。

现在，我们让查找到的pos位置上的值乘100：

void test_vector3()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	print_container(v);

	int x;
	cin >> x;
	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	if (p != v.end())
	{
		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
        (*p) *= 100;
		print_container(v);
	}
	else
	{
		cout << "不存在:" << x << endl;
	}
}

运行结果： 

我们本意是让3乘以100，而不是让2000乘以100，这也是一种迭代器失效。p的意义发生了改变，它的本意是指向3，然而插入了2000，它的指向由3变为2000，这时对p指向的数据进行操作就会发生迭代器失效。虽然语法上没有报错，但它也是迭代器失效的一种情况。 这在vs2019下调用标准库中的vector会进行强制检查，若访问失效的迭代器就会报错。这种不扩容的场景，在Linux(g++)下不会报错。

那如果我将第5个push_back给注释呢？

void test_vector3()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	//v.push_back(5);
	print_container(v);

	int x;
	cin >> x;
	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	if (p != v.end())
	{
		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
        (*p) *= 100;
		print_container(v);
	}
	else
	{
		cout << "不存在:" << x << endl;
	}
}

 运行结果：

发现这时2000也没有乘100，这就奇了怪了？

我们把第5个push_back注释掉的结果是在调用insert时扩容。我们传的第一个参数p，reserve进行接收，但形参改变不会影响实参，在reserve内部，pos(形参)确实是更新了，但外部的p(实参)却不会更新，所以在一块被释放的空间上进行操作是没用的，也就是2000还是2000，它不会乘100。

有人可能就会想，insert函数的第一个参数改为引用不就行了？这是不行的，我们在调用insert时传的第一个参数是临时变量(p)，临时变量具有常性，如果insert函数的第一个参数(pos)是引用，那就是典型的权限放大，那如果再加一个const呢(const iterator& pos )？那也不行，如果insert中要更新pos，那就不能加const。

实际中，我们调用insert后，到底扩不扩容是不清楚的，所以尽量不要对p"动手脚"。

在扩容的情况下，Linux也不会报错。

总结一下：insert后p就失效了，不要访问！

当然，也可以有另外一种处理方式，就是将pos作为返回值：

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 + 1) = *end;
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;

	return pos;
}

修改测试代码：

void test_vector3()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	print_container(v);

	int x;
	cin >> x;
	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
        //insert后p就失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
		p = v.insert(p, 2000); //更新p
        (*(p + 1)) *= 100;
		print_container(v);
	}
	else
	{
		cout << "不存在:" << x << endl;
	}
}

运行结果：

这样就可以解决问题了。 

11、erase()

通常情况下，删除数据后，容量是不会变的。

//删除pos位置上的数据
void erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos < _finish);
	auto it = pos + 1; //记录要删除位置的下一位置
	while (it != end()) //依次覆盖
	{
		*(it - 1) = *it;
		++it;
	}

	--_finish;  //更新_finish
}

删除pos位置上的数据后，pos的意义发生了改变，这也是迭代器失效。

我们来测试一下：

在主函数中调用test_vector4()：

void test_vector4()
{
    vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	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);
		++it; //it的意义发生了改变
	}
	print_container(v);
}

运行结果： 

从结果上看，满足了要求。

修改一下测试代码：

void test_vector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(4); //多插入一个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);
		++it;
	}
	print_container(v);
}

再看运行结果： 

没删除干净？ 

这很容易理解，我们在删除一个偶数后，会++it，如果我们删除的偶数后面紧跟着一个偶数，在删除第一个偶数的时候，所有数据往前挪，那么第一个偶数的位置就会被第二个偶数所取代，这时++it，就会跳过对第二个偶数的判断，导致漏删。

这段代码还会出现一个问题：

如果最后一个数是偶数的话，erase在删除数据时，会--_finish，删除后，在测试代码中的while循环中还会++it，然后进行while循环条件判断，发现条件为真(这时就出问题了)，此时如果if条件为假就是死循环，如果if条件为真，调用erase就会发生断言错误。

在Linux下，运行该代码时，它会和我们产生一样的效果。如果在vs2019下，这3种情况都跑不通。 

这里如果解决迭代器失效带来的问题，我们可以把删除位置的下一位置作为返回值进行返回：

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

	return pos;
}

修改测试代码： 

void test_vector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	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); //用返回值更新it
		else
			++it; //加一个else，这样就能删除干净，且不会发生最后一个是偶数时程序报错的问题。
	}
	print_container(v);
}

运行结果： 

这样就可以解决问题啦。

二、析构函数

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

三、拷贝构造

 抛弃以往的写法，我们现在换一种写法：

vector(const vector<T>& v)
{
	reserve(v.capacity()); //提前开好空间，就不需要频繁扩容了
	for (const auto& e : v)
		push_back(e);
}

这里的v有可能是自定义类型，所以我在范围for中加了一个引用，防止多次构造，我们这里只是赋值，不修改，所以又加了一个const。

我们来测试一下：

在主函数中调用test_vector5()：

void test_vector5()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);
	print_container(v1);

	vector<int> v2 = v1; //拷贝构造
	print_container(v2);
}

运行结果： 

四、赋值重载

1、传统写法

vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
	if (this != &v)
	{
		//方式1
		clear();
		reserve(v.capacity());
		for (const auto& e : v)
			push_back(e);

		//方式2
		//delete[] _start;
		//_start = new T[v.capacity()];
		//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());

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

	return *this;
}

2、现代写法

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)  //这里不能用引用，假设v1 = v2，我们不能改变v2
{
	swap(v);
	return *this;
}

额外说明一点，在类中，类名可以替代类型。比如：

vector<int> 可以直接写成 vector

我们写一段代码测试一下： 

在主函数中调用test_vector6()：

void test_vector6()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);
	print_container(v1);
    cout << v1.size() << endl;
	cout << v1.capacity() << endl;

	vector<int> v3;
	v3.push_back(10);
	v3.push_back(20);
	v3.push_back(30);
	print_container(v3);	
	cout << v3.size() << endl;
	cout << v3.capacity() << endl;

	v1 = v3;
	print_container(v1);
	cout << v1.size() << endl;
	cout << v1.capacity() << endl;
}

运行结果： 

 五、构造函数

1、默认构造

vector(){}

虽然我们只写了框架，没有实质内容，但编译器依然会去走初始化列表，用缺省值进行初始化。

在C++11中，还有另外一种表示方法：

//C++11 强制生成默认构造
vector() = default;

 2、迭代器区间构造(通用)

注意：类模板中还可以定义函数模板。

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

我们将它定义为函数模板的好处是，它不仅可以用vector容器类型的迭代器区间初始化，还可以用其他类型容器的迭代器区间初始化，提高了复用性。 但有一个要求是类型需要匹配，比如我这个容器是vector里面数据类型是int，你传过来的容器是list里面的数据类型是string，这是不匹配的。要保证传过来的容器中的数据类型是int，或者能隐式类型转换为int。

我们写一段代码测试一下迭代器区间初始化：

在主函数中调用test_vector7()：

void test_vector7()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);
	print_container(v1);

	//用迭代器区间初始化，从下标为1的位置开始到下标为2的位置结束(左闭右开)
	vector<int> v2(v1.begin() + 1, v1.begin() + 3);
	print_container(v2);
}

运行结果： 

3、用n个m初始化

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

我们来测试一下：

在主函数中调用test_vector8()：

void test_vector8()
{
	//用n个m初始化
	vector<string> v1(10, "1111111");
	print_container(v1);

	vector<int> v2(10);
	print_container(v2);
}

运行结果： 

运行结果没有任何问题。

我们修改一下测试数据：

void test_vector8()
{
	vector<int> v3(10, 1);
	print_container(v3);
}

运行结果： 

这里会报错，非法的间接寻址。 它这里是匹配到迭代器区间构造上了，将InputIterator推导为int类型，它里面中的while循环里的*first是对int类型解引用，所以会产生非法间接寻址。

原因是，编译器在处理时只会找最匹配的函数进行调用，我们传的是10和1，它们的默认类型是int，调用函数模板时推出两个InputIterator都为int，挺合适的，我传的是int类型，如果调用vector(size_t n, const T& val = T())这个函数，那么我还需要隐式转换一下(将int转换为size_t)，这没第一种舒服，所以编译器去调用了函数模板，这就导致出现了问题。

解决方法1：

void test_vector8()
{
	vector<int> v3(10u, 1);
	print_container(v3);
}

在参数10后面添加一个u，代表无符号整形(size_t)。

解决方法2：

修改构造函数，将第一个参数指定为int类型：

vector(int n, const T& val = T()) //第一个参数指定为int类型
{
	reserve(n);
	for (int i = 0;i < n;++i)
	{
		push_back(val);
	}
}

六、浅拷贝问题

我们先来看一段代码：

void test_vector9()
{
	vector<string> v;
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	print_container(v);
}

在主函数中调用test_vector9()运行结果：

结果没问题，正常打印。

现在我们修改一下测试代码的内容：

void test_vector9()
{
	vector<string> v;
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111");
	print_container(v);

	v.push_back("11111111111111111");
	print_container(v);
}

再看运行结果： 

结果出现乱码了，这可不是我们期望的结果。 

我们在添加第5个push_back时出现了问题，说明问题出现在扩容的地方。其实是memset这里出现了问题，我画个图来帮助大家理解：

扩容前：

扩容后：

在reserve函数中，当值复制拷贝完后，要对原来的空间(_start)进行释放，问题就出在释放身上，我们使用memcpy拷贝时，memcpy是一个字节一个字节的进行拷贝(浅拷贝)，每个string中都有一个指针，指向对应的空间，memcpy拷贝给tmp时，tmp中的每个string中的指针跟旧的空间(_start)中每个string中的指针一模一样(一个字节一个字节),所以当释放旧的空间(_start)时，tmp中的string中的指针指向的空间也被释放了，这就导致了问题所在，即打印乱码。

大致就是这样一张图(画的不太好，见谅)：

总结：

  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.  如果拷贝的是内置类型的元素，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。如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因memcpy是浅拷贝，可能会引起内存泄漏和程序崩溃。

 如何解决这种浅拷贝带来问题呢？

当然是用深拷贝啦，请看代码：

void reserve(size_t n)
{ 
	if (n > capacity())
	{
		size_t old_size = size(); //扩容前先记录数据个数

		//扩容
		T* tmp = new T[n]; //新开一段空间
        
        //用for循环进行深拷贝
		for (size_t i = 0;i < old_size;++i)
		{
			tmp[i] = _start[i];  //赋值重载，如果是内置类型也可以直接赋值
		}

		delete[] _start; //释放旧空间

		_start = tmp;  //获得新空间
		_finish = _start + old_size;  //改变_finish
		_end_of_storage = _start + n; //改变_end_of_storage
	}
}

七、源码

 1、vector.h

#pragma once
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;

namespace blue
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

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

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

		//赋值重载，方式1
		//vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		//{
		//	if (this != &v)
		//	{
		//		//方式1
		//		clear();
		//		reserve(v.capacity());
		//		for (const auto& e : v)
		//			push_back(e);

		//		//方式2
		//		//delete[] _start;
		//		//_start = new T[v.capacity()];
		//		//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());

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

		//	return *this;
		//}

		
		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
		}
		//赋值重载，方式2
		//vector<T>& operator=(vector<T> v)
		//在类里面可以用类名替代类型
		vector& operator=(vector v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

		//默认构造
		//vector()
		//{}

		//C++11 强制生成默认构造
		vector() = default;

		//迭代器区间构造
		//类模板的成员函数还可以继续是函数模板
		template <class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		//用n个m初始化构造，方式1(弃)
		/*vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = 0;i < n;++i)
			{
				push_back(val);
			}
		}*/
		//用n个m初始化构造，方式2
		vector(int n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);
			for (int i = 0;i < n;++i)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		//返回vector容器元素个数
		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		//返回vector容器容量大小
		size_t capacity() const
		{
			return _end_of_storage - _start;
		}

		//判断容器中元素是否为空，若为空返回true，否则返回false
		bool empty()
		{
			return _start == _finish;
		}

		//清空容器中的数据，容量不变
		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}

		//返回下标为i位置上的值
		T& operator[](size_t i)
		{
			assert(i < size());  //若i>=size()，说明越界了，程序就会发生断言错误
			return _start[i];
		}
	
		void reserve(size_t n)
		{ 
			if (n > capacity())
			{
				size_t old_size = size(); //扩容前先记录数据个数
				//扩容
				T* tmp = new T[n]; //新开一段空间

				//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size); //旧空间的值赋给新空间

				for (size_t i = 0;i < old_size;++i)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}

				delete[] _start; //释放旧空间

				_start = tmp;  //获得新空间
				_finish = _start + old_size;  //改变_finish
				_end_of_storage = _start + n; //改变_end_of_storage
			}
		}
		void resize(size_t n, T val = T())
		{
			if (n < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
		}

		//尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _end_of_storage)
			{
				//扩容
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		//尾删
		void pop_back()
		{
			assert(!empty());
			--_finish;
		}

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		//void insert(iterator pos,const T& x)
		//{
		//	if (_finish == _end_of_storage)
		//	{
		//		size_t len = pos - _start; //记录相对位置
		//		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
		//		pos = _start + len; //更新pos
		//	}

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

			return pos;
		}

		/*void erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos < _finish);
			auto it = pos + 1;
			while (it != end())
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
		}*/

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

			return pos;
		}
	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _end_of_storage = nullptr;
	};

	//通用的，打印容器中数据
	template<class Container>
	void print_container(const Container& v)
	{
		//规定--不能在没有实例化的类模板里面取东西，因为编译器不能区分这里的const_iterator是类型还是静态成员变量，如果加了typename编译器就知道了这是类型而不是静态成员变量，所以编译器认为语法上没问题，所以不会报错 
		//typename Container::const_iterator it = v.begin();
		auto it = v.begin();
		while (it != v.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;

		/*for(auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;*/
	}

	void test_vector0()
	{
		vector<int> v;
		v.resize(10, 1);
		print_container(v);

		v.reserve(20); //初始空间给20
		cout << v.size() << endl;
		cout << v.capacity() << endl;

		cout << "------------------" << endl;

		//1、size() < n < capacity()
		v.resize(15, 2);
		print_container(v);
		cout << v.size() << endl;
		cout << v.capacity() << endl;

		cout << "------------------" << endl;

		//2、n > capacity()
		v.resize(30, 100);
		print_container(v);
		cout << v.size() << endl;
		cout << v.capacity() << endl;

		cout << "------------------" << endl;

		//3、n < size()
		v.resize(5);
		print_container(v);
		cout << v.size() << endl;
		cout << v.capacity() << endl;
	}

	void test_vector1()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);

		for (size_t i = 0;i < v.size();++i)
			cout << v[i] << " ";
	}

	//void test_vector2()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	v.push_back(4);
	//	v.push_back(5);
	//	print_container(v);

	//	//在下标为0的位置上插入100
	//	v.insert(v.begin() + 0, 100);
	//	print_container(v);
	//}

	void test_vector2()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		//v.push_back(5);
		print_container(v);

		//在下标为0的位置上插入100
		v.insert(v.begin() + 0, 100);
		print_container(v);
	}



	//void test_vector3()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	v.push_back(4);
	//	print_container(v);

	//	int x;
	//	cin >> x;
	//	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	//	if (p != v.end())
	//	{
	//		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
	//		print_container(v);
	//	}
	//	else
	//	{
	//		cout << "不存在:" << x << endl;
	//	}
	//}

	//void test_vector3()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	v.push_back(4);
	//	v.push_back(5);
	//	print_container(v);

	//	int x;
	//	cin >> x;
	//	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	//	if (p != v.end())
	//	{
	//		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
	//		(*p) *= 100;
	//		print_container(v);
	//	}
	//	else
	//	{
	//		cout << "不存在:" << x << endl;
	//	}
	//}

	//void test_vector3()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	v.push_back(4);
	//	//v.push_back(5);
	//	print_container(v);

	//	int x;
	//	cin >> x;
	//	auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x); //利用库中的find函数在两个迭代区间进行查找
	//	if (p != v.end())
	//	{
	//		v.insert(p, 2000); //如果找到，就在该位置上插入2000
	//		(*p) *= 100;
	//		print_container(v);
	//	}
	//	else
	//	{
	//		cout << "不存在:" << x << endl;
	//	}
	//}

	void test_vector3()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		print_container(v);

		int x;
		cin >> x;
		auto p = std::find(v.begin(), v.end(), x);
		if (p != v.end())
		{
			//insert后p就失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
			p = v.insert(p, 2000); //更新p
			(*(p + 1)) *= 100;
			print_container(v);
		}
		else
		{
			cout << "不存在:" << x << endl;
		}
	}

	//void test_vector4()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	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);
	//		++it; //it的意义发生了改变
	//	}
	//	print_container(v);
	//}

	//void test_vector4()
	//{
	//	vector<int> v;
	//	v.push_back(1);
	//	v.push_back(2);
	//	v.push_back(3);
	//	v.push_back(4);
	//	v.push_back(4); //多插入一个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);
	//		++it;
	//	}
	//	print_container(v);
	//}

	void test_vector4()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		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); //用返回值更新it
			else
				++it; //加一个else，这样就能删除干净，且不会发生最后一个是偶数时程序报错的问题。
		}
		print_container(v);
	}

	void test_vector5()
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(3);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);
		print_container(v1);

		vector<int> v2 = v1; //拷贝构造
		print_container(v2);
	}

	void test_vector6()
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(3);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);
		print_container(v1);
		cout << v1.size() << endl;
		cout << v1.capacity() << endl;

		vector<int> v3;
		v3.push_back(10);
		v3.push_back(20);
		v3.push_back(30);
		print_container(v3);
		cout << v3.size() << endl;
		cout << v3.capacity() << endl;

		v1 = v3;
		print_container(v1);
		cout << v1.size() << endl;
		cout << v1.capacity() << endl;
	}

	void test_vector7()
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(3);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);
		print_container(v1);

		//用迭代器区间初始化，从下标为1的位置开始到下标为2的位置结束(左闭右开)
		vector<int> v2(v1.begin() + 1, v1.begin() + 3);
		print_container(v2);
	}

	//void test_vector8()
	//{
	//	//用n个m初始化
	//	vector<string> v1(10, "1111111");
	//	print_container(v1);

	//	vector<int> v2(10);
	//	print_container(v2);
	//}


	//void test_vector8()
	//{
	//	vector<int> v3(10, 1);
	//	print_container(v3);
	//}

	void test_vector8()
	{
		vector<int> v3(10u, 1);
		print_container(v3);
	}
	
	//void test_vector9()
	//{
	//	vector<string> v;
	//	v.push_back("11111111111111111");
	//	v.push_back("11111111111111111");
	//	v.push_back("11111111111111111");
	//	v.push_back("11111111111111111");
	//	print_container(v);
	//}

	void test_vector9()
	{
		vector<string> v;
		v.push_back("11111111111111111");
		v.push_back("11111111111111111");
		v.push_back("11111111111111111");
		v.push_back("11111111111111111");
		print_container(v);

		v.push_back("11111111111111111");
		print_container(v);
	}

}

2、Test.h

#include "vector.h"

int main()
{	//blue::test_vector0();
	//blue::test_vector1();
	//blue::test_vector2();
	//blue::test_vector3();
	//blue::test_vector4();
	
	//blue::test_vector5();
	//blue::test_vector6();
	//blue::test_vector7();
	//blue::test_vector8();
	//blue::test_vector9();

	return 0;
}

这里用了一个命名空间blue其目的是为了防止和C++标准库中的vector发生冲突，在类模板中的大型函数可以在类内声明类外定义(这里没有分开)，小型函数可以直接在类内定义。

八、结语

本篇到这里就结束了，主要讲了vector是怎么模拟实现的，希望对大家有些许帮助，祝大家天天开心！


http://www.kler.cn/a/310287.html

相关文章：

  • 游戏引擎学习第七天
  • 16008.行为树（五）-自定义数据指针在黑板中的传递
  • JavaScript数组去重的实用方法汇总
  • 数据分析那些事儿——时间片轮转实验
  • rust模式和匹配
  • LinkedList和单双链表。
  • Aegisub字幕自动化及函数篇(图文教程附有gif动图展示)(一)
  • 如何在 CentOS 6 上使用 RVM 安装 Ruby on Rails
  • C语言自定义类型结构体(24)
  • JAVA基础面试题（第二十二篇）MYSQL---锁、分库分表！
  • Shell篇之编写MySQL启动脚本
  • 9.17日常记录
  • 深度学习-14-深入理解BERT的基本思想和如何训练BERT模型
  • Golang | Leetcode Golang题解之第416题分割等和子集
  • golang学习笔记28——golang中实现多态与面向对象
  • 微信getUserProfile不弹出授权框
  • 编写第一个hadoop3.3.6的mapreduce程序
  • 解决 npm ERR! node-sass 和 gyp ERR! node-gyp 报错问题
  • 第十一章 【后端】商品分类管理微服务（11.4）——spring-boot-devtools
  • play-with-docker使用指南
  • 不想一直走前端，试试产品吧
  • 【AIGC半月报】AIGC大模型启元：2024.09（下）
  • 无人机之控制距离篇
  • CloudFlare问题与CDN问题
  • uni-data-select 使用 localdata 传入数据出现 不回显 | 下拉显示错误的 解决方法
  • 初识ZYNQ——FPGA学习笔记15