C++：模拟实现vector
目录
成员变量与迭代器
size
capacity
empty
迭代器有关函数
实现默认成员函数的前置准备
reserve
编辑
编辑
push_back
构造函数
无参构造
迭代器区间构造
n个val来进行构造
析构函数
拷贝构造函数
赋值重载
增删查改
clear
resize
pop_back
insert
erase
重载[]
print_Container
成员变量与迭代器
我们还是需要在一个命名空间里模拟实现vector，防止和标准库里的起冲突。
namespace zh
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}解释说明：
1.vector是一个非常通用的容器，是一个动态大小的数组，可以存储任意类型的元素，并且能够自动调整大小以适应元素的添加和删除。所以我们的模拟实现要写成类模板。
2.vector可以看做顺序表的升级，但是模拟实现vector跟我们以往实现顺序表有所不同，顺序表是使用一个动态开辟的数组、数组有效元素个数size和数组容纳最大有效数据的个数capacity维护的，而模拟实现vector需要三个（模板参数）T* 类型的指针，而vector的迭代器功能恰恰又和T*类型指针类似，所以干脆把T*封装成迭代器。当然迭代器需要有两个版本，普通版本和const版本。
3.参数的含义
_start指向数组首元素，_finish指向最后一个有效元素的下一个位置， _end_of_storage指向数组空间末尾。
通过三个指针也可以模拟出size和capacity的功能。
size
返回有效数据个数的函数。
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}capacity
返回数组最大容纳有效数据个数（容量大小）的函数。
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}empty
判断数组是否为空，判断_start与_finish是否相等即可。
bool empty() const
{
return _finish == _start;
}迭代器有关函数
主要实现begin函数和end函数。
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}实现默认成员函数的前置准备
reserve
用于vector数组空间不足时扩容的函数（扩容成n个空间）。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity()) //n大于数组容量才扩容
{
size_t oldsize = size(); //用oldsize避免新_start和老_finish的问题
T* tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T)); //这里是浅拷贝，如果是内置类型，没问题
//如果vector存的是自定义类型，就是大坑
for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete _start; //这里delete_start，_finish 和_end_of_storage是野指针
//更新成员变量
_start = tmp;
_finish = tmp + oldsize;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}reserve有几个问题需要注意：
1.开空间的时候要使用new而不要用malloc，因为malloc只是去开空间，不会去调用构造函数。
2.新_start和_finish的问题。
错误示范。
将原有数据拷贝到新空间后，释放了旧空间的资源，_strat指向了新的空间，但是_finish和_end_of_storage还是指向旧空间，这两个指针就变成野指针了。而最关键的是_finish不能被正确赋值。
3.memcpy浅拷贝问题
memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));memcpy是浅拷贝，如果vector存的是内置类型，那么浅拷贝就没有问题，如果存的是自定义类型，那浅拷贝就是个大坑。假如vector存的是string类型，那么扩容时，将数据从旧空间拷贝到新空间时，因为是浅拷贝，所以两个空间里的string的_str是同一个地址，释放旧空间的时候就连带这把新空间的资源也释放了。
这样就扩容失败了，因为你把原空间的数据丢失了，而且搞不好有可能程序还会崩溃。
要解决这个问题，我们就得手动实现深拷贝， 因为new出来的空间如果是自定义类型的话就自动调用构造函数初始化了，所以这里走的是赋值重载来实现深拷贝。
push_back
用于在数组末尾尾插一个元素的函数。
void push_back(const T& x)
{
//插入之前先判断空间是否足够
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
//插入元素，更新_finish
*_finish = x;
_finish++;
}构造函数
vector的构造函数我们实现无参构造、迭代器区间构造和n个val构造。
无参构造
无参构造其实我们并不需要写，因为已经在成员变声明时给了缺省值，编译器自动生成的无参构造函数走初始化列表满足需求了。但是由于我们写了其他构造函数，编译器就不自动生成了。
这里时候可以自己写无参构造，也可以用default强制编译器生成（C++11的用法）。
//构造
/*vector()
{}*/
//c++11 强制生成构造
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版
template<class InputIerator>
vector(InputIerator first, InputIerator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}这里给这个函数再套一层模板是为了让vector不仅能用vector的迭代器区间构造，还能用其他容器（list、string等）的迭代器来进行构造。
这里又有个问题，就是while循环判断条件的!=不能改成<，因为<对于vector的迭代器时可以的，但是对于其他容器的迭代器，如list，last不一定比first要大。
n个val来进行构造
vector(size_t n, const T& val = T())
{
//先开好空间
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}使用的时候val可能不传参，所以要给缺省值。
因为val的类型不确定，可能是内置类型，也可能是自定义类型。
在不传参使用缺省值时
对于自定义类型，比如strng，先调用构造函数构造一个匿名对象，再拷贝构造给val。（编译器会优化，直接对val进行构造），这样val就有了缺省值。
对于内置类型，本来是没有构造函数的说法的，但是为了适应这里，也支持类似类那种使用构造函数初始化的方式。
int a = int();
int b = int(2);
int c(3);
cout << a << endl;
cout << b << endl;
cout << c << endl;
析构函数
直接delete就可以了，把三个迭代器置空。
//析构
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}拷贝构造函数
先开好空间，然后尾插就可以了。
//拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}赋值重载
首先实现一个交换函数，然后传值调用，将两个对象交换即可。
//void swap(vector& v) 可以这样写
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)
{
swap(v);
return *this;
}增删查改
clear
不需要真的删除，直接将更改_finish的值即可。
void clear()
{
_finish = _start;
}resize
控制有效数据个数。
- 若n < size，直接将_finish更改为_start + n即可。
- 若_size < n < capacity或者n > capacity，直接扩容成n个空间（空间足够就不会扩容），从_finish拷贝足够数量的val即可。
void resize(size_t n, T val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}pop_back
先判断数组是否为空，尾删一个元素，_finish-- 即可。
void pop_back()
{
//判断下数组是否为空
assert(!empty());
--_finish;
}insert
在pos位置插入一个元素。
iterator insert(iterator pos, const T& x) //pos不会为0，因为是有效的迭代器
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage) //涉及到扩容，pos会失效，pos指向原来的空间
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
//插入元素，更新
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}注意的问题：
1.如果插入涉及到了扩容，要提前把pos相对于首元素的相对长度记录下来，扩容完毕后，更新pos。因为扩容会导致pos失效。
2.插入之后要返回新元素的迭代器。（这里其实也算迭代器是失效了，因为pos指向的元素发生了更改，迭代器失效了就不要在使用了。）
erase
删除pos位置的元素，删除完后返回删除元素下一位置的迭代器。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}抛出一个问题，利用迭代器删除vector中所有的偶数。
错误做法
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
it++；
}删完一个偶数后，it已经是下一元素的迭代器了，it不需要++了。
正确做法
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}重载[]
为了方便访问和修改数组中的元素。
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}print_Container
通用打印容器函数，套一层模板即可。
注意：
template<class Container>
void print_Container(const Container& v)
{
//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //typename标定为类型
//从没有实例化的类模板取出来的可能是类型或者成员变量，编译器无法区分
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
/*for (auto num : v)
{
cout << num << ' ';
}
cout << endl;*/
}
从未实例化的类取出来的有可能是类型或者成员变量，要加关键字typename告诉编译器是类型，不加的话会发生编译错误。
当然直接用auto更方便。
拜拜，下期再见😏
摸鱼ing😴✨🎞
