【C++】STL容器使用与实现详解：vector
文章目录
- Ⅰ. vector的介绍和使用
- 一、vector的介绍
- 二、vector的使用 （只列出比较重要的，其他的需要时查文档）
- 1. vector的定义
- 2. vector iterator（迭代器）的使用
- 3. vector 容量问题
- 4. vector 增删查改
- 5. 正确释放 vector 的内存 -- clear()、swap()、shrink_to_fit()
- 6. vector 迭代器失效问题（==重点==）
- Ⅱ. vector 深度剖析及模拟实现
- 一、 vector 的核心接口实现
- 二、使用 memcpy 拷贝出现的问题
- 拓展了解：
- 3、动态二维数组理解
Ⅰ. vector的介绍和使用
一、vector的介绍
vector的文档介绍
-
vector是表示可变大小数组的序列容器（动态数组），包含三个迭代器，start和finish之间是已经被使用的空间范围，end_of_storage是整块连续空间（包括备用空间的尾部）。 -
就像数组一样，
vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。 -
本质讲，
vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。 -
分配空间策略：
vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。 -
因此，
vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。 -
与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists），
vector在 访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好
二、vector的使用 （只列出比较重要的，其他的需要时查文档）
1. vector的定义
| constructor构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
vector()（重点） | 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) （重点） | 拷贝构造 |
vector (InputIterator first, InputIterator last) | 使用迭代器进行初始化构造 |
// constructing vectors
#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
// constructors used in the same order as described above:
std::vector<int> first; // 构造无参的vector
std::vector<int> second (4,100); // four ints with value 100
std::vector<int> third (second.begin(),second.end()); // iterating through second
std::vector<int> fourth (third); // a copy of third
// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
int myints[] = {16,2,77,29};
std::vector<int> fifth (myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int) );
std::cout << "The contents of fifth are:";
for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
// 结果：
The contents of fifth are: 16 2 77 29
2. vector iterator（迭代器）的使用
| iterator 的使用 | 接口说明 |
|---|---|
begin()、end() | begin() 获取第一个数据位置的 iterator / const_iterator， end() 获取 最后一个数据的下一个位置 的 iterator / const_iterator |
rbegin()、rend() | rbegin() 获取最后一个数据位置的 reverse_iterator，rend() 获取 第一个数据前一个位置 的 reverse_iterator |
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void PrintVector(const vector<int>& v)
{
// const对象使用const迭代器进行遍历打印
vector<int>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
int main()
{
// 使用push_back插入4个数据
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 使用迭代器进行遍历打印
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 使用迭代器进行修改
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
// 使用反向迭代器进行遍历再打印
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
return 0;
}
// 结果：
1 2 3 4
8 6 4 2
2 4 6 8
3. vector 容量问题
| 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（重点） | 改变 vector 的 size |
reserve （重点） | 改变 vector 的 capacity |
-
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现：vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。- 这个问题经常会考察，不要固化的认为，顺序表增容都是
2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs编译器是PJ版本STL，而g++是SGI版本STL。
-
reserve()只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve()可以缓解vector增容的代价缺陷问题。 -
resize()可以改变有效空间的大小，也有初始化的功能。
// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
vector<int> v;
sz = v.capacity();
cout << "making v grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
// vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 3
capacity changed: 4
capacity changed: 6
capacity changed: 9
capacity changed: 13
capacity changed: 19
capacity changed: 28
capacity changed: 42
capacity changed: 63
capacity changed: 94
capacity changed: 141
// g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVectorExpandOP()
{
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
4. vector 增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
push_back（重点） | 尾插 |
pop_back （重点） | 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[] （重点） | 像数组一样访问 |
// find / insert / erase
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
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);
// 在pos位置之前插入30
v.insert(pos, 30);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据
v.erase(pos);
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
//结果
1 2 30 3 4
1 2 30 4
// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 通过[]读写第0个位置。
v[0] = 10;
cout << v[0] << endl;
// 通过[i]的方式遍历vector
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " "; cout << endl;
vector<int> swapv;
swapv.swap(v);
cout << "v data:";
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
cout << "swapv data:";
for (size_t i = 0; i < swapv.size(); ++i)
cout << swapv[i] << " ";
cout << endl;
// C++11支持的新式范围for遍历
for(auto x : v)
cout<< x << " ";
cout<<endl;
return 0;
}
//结果
10
10 2 3 4
v data:
swapv data:10 2 3 4
5. 正确释放 vector 的内存 – clear()、swap()、shrink_to_fit()
vec.clear()：清空内容，但是不释放内存vector().swap(vec)：清空内容，且释放内存，得到一个全新的vectorvec.shrink_to_fit()：请求容器降低其capacity和size匹配vec.clear()/vec.shrink_to_fit()：清空内容，且释放内存
6. vector 迭代器失效问题（重点）
- 迭代器是一种检查容器内元素并遍历元素的可带泛型数据类型。
- 迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层的数据结构，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的迭代器就是原生指针T*。 - 因此 迭代器失效，实际就是迭代器底层对应的指针所指的空间被销毁了，而使用了一块已经释放了的空间，造成的后果就是程序奔溃（即如果继续使用失效的迭代器，编译器 可能 会奔溃）。
对于 vector 可能会导致其迭代器失效的操作有：
-
会引起其底层空间改变的操作，都有可能迭代器失效，比如：
resize、reserve、insert、assign、push_back等。#include <iostream> using namespace std; #include <vector> int main() { vector<int> v{1,2,3,4,5,6}; auto it = v.begin(); // 1、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); // 2、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); // 3、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); // 4、给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变 // v.assign(100, 8); while(it != v.end()) { cout<< *it << " " ; ++it; } cout<<endl; return 0; /* 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。 */ }
-
指定位置元素的删除操作 –
erase#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，因为pos的意义已经变了 return 0; }
erase 删除 pos 位置元素后，pos 位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是，如果 pos 刚好是最后一个元素，删完之后 pos 刚好是 end 的位置，而 end 位置是没有元素的，那么 pos 就失效了。因此 删除 vector 中任意位置上元素时，vs 就认为该位置迭代器失效了（而 g++ 可能不会报错，但是意义也是变了）。
迭代器失效解决方案：在下一次使用前，对迭代器重新赋值即可。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
//很显然这个是错的，因为判断到2的时候，2是偶数，所以erase掉，但是这个时候 迭代器it 就失效了
//再者，当erase掉2后，数组元素会向前挪动，但是it又被++了，导致3并没有被判断，造成漏判了
//而到4的时候，将4 erase掉后，数组元素向前挪动，而end()也会向前更新挪动，导致it++后移到了end()后面，造成越界
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
return 0;
}
//这个写法是对的，也是erase避免迭代器失效的解决方法
//因为erase后迭代器就失效了，但是erase函数会返回一个有效的迭代器，所以当我们要删除某个元素的时候
//需要让 it = v.erase(it)，这样子就能避免失效问题
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
return 0;
}
-
注意：
Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下那么极端。// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了 int main() { vector<int> v{1,2,3,4,5}; for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i) cout << v[i] << " "; cout << endl; auto it = v.begin(); cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl; // 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效 v.reserve(100); cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl; // 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会 // 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的 while(it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; return 0; } /* 程序输出： 1 2 3 4 5 扩容之前，vector的容量为: 5 扩容之后，vector的容量为: 100 0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5 */ // 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效 // 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的，但是意义已经变了 #include <vector> #include <algorithm> int main() { vector<int> v{1,2,3,4,5}; vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3); v.erase(it); cout << *it << endl; while(it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; return 0; } /* 程序可以正常运行，并打印： 44 5 */ // 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end // 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃 int main() { vector<int> v{1,2,3,4,5}; // vector<int> v{1,2,3,4,5,6}; auto it = v.begin(); while(it != v.end()) { if(*it % 2 == 0) v.erase(it); ++it; } for(auto e : v) cout << e << " "; cout << endl; return 0; } ======================================================== // 使用第一组数据时，程序可以运行 [liren@VM-0-3-centos 20220729]$ g++ testVector.cpp -std=c++11 [liren@VM-0-3-centos 20220729]$ ./a.out 1 3 5 ========================================================= // 使用第二组数据时，程序最终会崩溃 [liren@VM-0-3-centos 20220729]$ vim testVector.cpp [liren@VM-0-3-centos 20220729]$ g++ testVector.cpp -std=c++11 [liren@VM-0-3-centos 20220729]$ ./a.out Segmentation fault // 因为判断6的时候，erase掉后，数组元素向前挪动，end()也向前挪动，然后it++，导致跳到了end()后面，造成越界
从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，但是如果 it 不在 begin 和 end 范围内，也就是越界了，肯定会崩溃的。
-
与
vector类似，string在 插入 + 扩容 + 删除 之后，迭代器也会失效！#include <string> void TestString() { string s("hello"); auto it = s.begin(); // 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容 // 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了 // 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃 //s.resize(20, '!'); while (it != s.end()) { cout << *it; ++it; } cout << endl; it = s.begin(); while (it != s.end()) { it = s.erase(it); // 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后 // it位置的迭代器就失效了 // s.erase(it); ++it; } }
总结：
- 对于 插入操作，插入一个数据后，迭代器就已经失去了意义，若这个时候还出现了 扩容 的情况，
vector已经不再是之前的地址位置，而迭代器依然在原地，可以看作为是越界了，变成了 野指针。 - 对于 删除操作，删除一个数据后，若不将迭代器进行重新赋值的操作，则迭代器也失去了意义，因为删除操作会让
vector缩容。若是 循环删除，则可能出现 漏判以及越界 等错误的行为，不同的编译器会采取不同的方式处理，如vs一旦发现迭代器失效了还对迭代器进行操作的话，二话不说，直接奔溃。而linux中对迭代器的处理没有vs那么严格，但是对于越界，也是直接报错。
Ⅱ. vector 深度剖析及模拟实现
一、 vector 的核心接口实现
其中的几个要点问题：
-
为何要重载一个
int版本的构造函数，而不是直接使用size_t版本的？- 因为假如构造了
vector<int> v(10, 5)，编译器会认为10和5都是int类型，所以不会找size_t参数版本函数构造转而找迭代器拷贝版本，导致了对两个int地址的解引用，导致程序奔溃。 - 所以我们 得重载一个
int版本，才能避免这种问题。 - 而
size_t版本与int版本差别在于官方中默认的接口就是为size_t版本，除此之外，size_t能表示的范围更广，而int范围小。
- 因为假如构造了
-
为什么不能用
memcpy进行拷贝而用operator=拷贝就可以呢？（具体看下面的解释）-
对于内置类型，用
memcpy就是一个一个字节拷过去当然没问题。 -
但是 对于自定义类型，用
memcpy拷贝可能涉及到深浅拷贝的问题，因为像string、list这些类，里面都含有指针，若只是将他们拷贝过去，相当于只是浅拷贝，这样子调用了析构函数，对同一块空间析构了两次，程序就奔溃了。 -
而如果用
operator=，其实相当于调用自定义类型自己实现的赋值运算符拷贝，这是深拷贝，如下赋值运算符的实现，_start[i]和v._start[i]都为string类型，用了operator=实则又就是调用了string自己的赋值运算符拷贝函数，这样子就实现了深拷贝。vector<T>& operator=(const vector<T>& v) { reserve(v.capacity()); for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) _start[i] = v._start[i]; _finish = _start + v.size(); return *this; }
-
下面是核心接口的设计：
#pragma once
#include<iostream>
#include<cassert>
using namespace std;
namespace liren
{
template<class T>
class vector
{
public:
// Vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
vector()
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{}
//（注意，使用reserve的话需要初始化一下变量，因为reserve中需要用到这些变量，若为随机值则乱套了）
// 但是调试发现，vs2022做了优化，默认替我们初始化为nullptr，但是为了可移植性，强烈建议还是加上初始化列表
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
/*
// 第一种写法，memcpy有缺陷，会引发深层次的深浅拷贝问题
_start = new T[v.capacity()];
memcpy(_start, v.cbegin(), v.size() * sizeof(T));
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
*/
// 第二种写法，复用reserve开空间,用循环给空间拷贝
reserve(v.capacity());
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
push_back(v._start[i]);
}
//第一种写法，自己实现
/*vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
_start[i] = v._start[i];
_finish = _start + v.size();
return *this;
}*/
// 第二种写法，复用拷贝构造,且不需要接收引用的参数，只需传值
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
// 类模板的成员函数，还可以再是函数模板
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
//对于需要继续构造一个int参数的函数，其实这里改成模板T，让编译器去推类型即可
//这里的T()表示构造函数，对于内置类型也会调用其构造函数，若不给值则默认初始化为0
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
/*
* 理论上将，提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后
* vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了，但是对于：
* vector<int> v(10, 5);
* 编译器在编译时，认为T已经被实例化为int，而10和5编译器会默认其为int类型
* 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法，
* 最终选择的是：vector(InputIterator first, InputIterator last)
* 因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致，因此编译器就会将InputIterator实例化为int
* 但是10和5根本不是一个区间，编译时就报错了
* 故需要增加该构造方法
*/
vector(int n, const T& value = T())
: _start(new T[n])
, _finish(_start + n)
, _end_of_storage(_finish)
{
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
_start[i] = value;
}
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
iterator begin()
{
return _start;
}
const_iterator cbegin() const
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
T& operator[](size_t index)
{
assert(index < capacity());
return _start[index];
}
const T& operator[](size_t index) const
{
assert(index < capacity());
return _start[index];
}
void resize(size_t n, const T val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
for (iterator i = _finish; i < _start + n; ++i)
{
*i = val;
}
_finish = _start + n;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
// 拷贝的第一种写法，但是如果传的是string等自定义类型，就会出现深层次的深浅拷贝问题，不推荐
// memcpy(tmp, _start, sz * sizeof(T));
// 拷贝的第二种写法，用了赋值运算符，string等底层已经实现了深拷贝，所以不会有问题
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
void pop_back()
{
assert(!this->empty());// 防止_finish相等时候减到_start前面越界
--_finish;
}
void swap(vector<T>& v)
{
if (&v == this)
return;
::swap(_start, v._start);
::swap(_finish, v._finish);
::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
// STL中的insert不采用在函数中解决失效问题是因为有缺陷
// 但是如果面试官要求解决失效问题，可以把下面的两点要点补上，即可解决
// 所以用insert时候尽量用一次就重新查找pos的位置，避开失效问题
void insert(iterator pos, const T& x) //解决pos失效的方法一：pos用传引用
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
// 更新pos，解决扩容后pos变成野指针后失效的问题
pos = _start + len;
}
iterator tmp = _finish - 1; // 记得是减1，因为_finish是指向最后一个元素的后面一位
while (tmp >= pos)
{
*(tmp + 1) = *tmp;
tmp--;
}
*pos = x;
++_finish;
// 解决pos失效的方法二：将每次插入后pos位置向后移动一个位置，保持原来的相对位置不变
// pos = pos + 1;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
assert(!empty());
iterator begin = pos;
while (begin < _finish - 1)
{
*begin = *(begin + 1);
begin++;
}
_finish--;
return pos;
}
~vector()
{
if(_start)
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
}
二、使用 memcpy 拷贝出现的问题
假设模拟实现的 vector 中的 reserve 接口中，使用 memcpy 进行的拷贝，以下代码会发生什么问题❓❓❓
答案是程序奔溃。
int main()
{
liren::vector<liren::string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}
问题分析：
-
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。 -
如果拷贝的是内置类型的元素，
memcpy即高效又不会出错，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。
以下面的代码为例子，这里有两种情况：
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在多次的尾插中，若发生扩容，则会导致浅拷贝，最后同一块空间被析构两次，导致奔溃：
int main() { liren::vector<liren::string> v; v.push_back("1111"); v.push_back("2222"); v.push_back("3333"); v.push_back("4444"); v.push_back("5555"); return 0; }
-
还有一种奇怪的现象，就是在
vs编译器下，对于string类型，vs多了个buf成员数组变量，用于存储比较短的字符串，一般为16个字节，当字符串长度大于buf长度时候，vs下的string才会去堆区开辟空间存放字符串。- 若随着不断地插入，
vector会扩容，这个时候新的数组的空间位置已经变了，但是由于第一个字符串长度大于buf长度，所以第一个字符串是存在堆区的，而因为空间位置的改变，_ptr指向的位置被销毁了，但是由于是浅拷贝，新空间的_ptr也是该空间，由于被析构了，新的_ptr就变成了野指针了，打印出来的可能是随机值。(vs2022做了优化，可能已经把这种给优化了)
// 注：该情况只适用于vs下，因为每个编译器的设计方式不一样 (且vs2022做了优化，可能已经把这种给优化了) int main() { liren::vector<liren::string> v; v.push_back("111111111111111111111111111111111111111"); //插入的字符串长度大于buf的长度 v.push_back("2222"); v.push_back("3333"); v.push_back("4444"); v.push_back("5555"); for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) cout << v[i] << endl; cout << endl; return 0; } - 若随着不断地插入，
总结：模板参数 T 如果是内置类型（如 int）或者浅拷贝自定义类型（如 Date 类），他们增容或者拷贝构造时，用 memcpy 是没有问题的。但是 T 如果是深拷贝的自定义类型（如 string），他们增容或者拷贝构造时，不能用 memcpy。
拓展了解：
STL 中是用 类型萃取 来区分类型的，也就是对于内置类型使用 memcpy，而对于自定义类型使用 for + 赋值。这体现了 C++ 极致追求效率的特点，但是缺点就是太复杂。
3、动态二维数组理解
// 以杨辉三角的前n行为例：假设n为5
void test5(size_t n) {
// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>
liren::vector<liren::vector<int>> vv(n);
// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
vv[i].resize(i + 1, 1);
// 给杨辉三角出第一列和对角线的所有元素赋值
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
}
liren::vector<liren::vector<int>> vv(n); 构造一个 vv 动态二维数组，vv 中总共有 n 个元素，每个元素都是 vector 类型的，每行没有包含任何元素，如果 n 为 5 时如下所示：
当 vv 中元素填充完成之后，如下图所示：
