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前言
一、定义命名空间
二、构造函数
三、拷贝构造
四、赋值运算符重载
五、push_back && reserve
六、深拷贝问题
七、iterator 迭代器
1. 可读可写
2. 只读
八、operator[ ]
1. 可读可写
2. 只读
九、insert
问题：内部迭代器失效
十、erase
十一、resize
总结
前言
vector的使用与string大致相同，本节我们来参考stl中的vecor，模拟实现vector
由于空间适配器较难，我们直接采用new、delete来完成开空间操作 ，后期再学习空间适配器。
一、定义命名空间
- vector内的数据使用模板代替，因为vector内可能是指针、整形、string、vector等类型
- 成员变量仿照stl内的vector成员变量，三个指针：start、finish、end_of_storage
- 将指针类型重命名为iterator
namespace my_vector
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
}二、构造函数
- 成员变量初始化为nullptr
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{}
- 初始化n个val，先初始化三个指针为nullptr，不然resize时会使用野指针，这也就体现了C++11可以给成员变量缺省值的优点，不用再为指针初始化为nullptr
//先初始化为nullptr
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
resize(n, val);
}迭代器区间初始化构造函数
因为迭代器指针类型不同，所以需要使用模板
//迭代器模板，适用各种类型指针 template<class InputIterator> vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last) { push_back(*first); ++first; } }但是当我们构造一个v
vector<int> v(10, 1);编译器会优先调迭代器版本的构造函数，相比 vector(size_t n, const T& val = T()) ，这两个参数更匹配 vector(InputIterator first, InputIterator last)，这是因为有两种选择，编译器选择了更加适合的，所以我们可以重载一个比它更适合的构造函数
//重载一个更适合的版本 vector(int n, const T& val = T()) { resize(n, val); }
三、拷贝构造
- 首先初始化列表初始化各指针为空
- 再开空间，拷贝，最后修改指针
//方法一：
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{
_start = new T[v.capacity()];
memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}现代写法：我们可以调用内部的函数，而不用手动开空间
//方法二： vector(const vector<T>& v) :_start(nullptr) , _finish(nullptr) , _end_of_storage(nullptr) { reserve(v.capacity()); for (auto e: v) { push_back(e); } }
在深拷贝问题分析中，我们会再次修改拷贝构造函数
vector(const vector<T>& v) :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) { _start = new T[v.capacity()]; /*memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());*/ for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) { _start[i] = v._start[i]; } _finish = _start + v.size(); _end_of_storage = _start + v.capacity(); }
四、赋值运算符重载
- 同模拟实现string的赋值运算符重载，我们将实参拷贝构造形参，交换this对象与形参对象，返回*this，使得this对象指向了拷贝构造的形参对象，而形参对象指向了原this，这样，在出了函数后，形参自动销毁，而*this的生命周期还在函数外，所以引用返回
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;
}五、push_back && reserve
- 尾插前先判断空间是否还有剩余，如果满了，就reserve一段空间
- 由于经常需要用到size、capacity的值，这些值需要指针相减计算，所以我们直接封装为size()、capacity() 成员函数，方便使用
- reserve时，判断原数组_start是否为空。若不为空，再进行数据拷贝，并释放_start空间，最后更新成员变量
- 在更新成员变量_finish时，如果直接使用size()，会出现错误，因为_start更新了，_finish还没更新，size()返回的是 旧的finish - 新的start，会导致第一次更新的_finish为空，所以*finish = x 时就会出错。所以，我们可以提前记录size()，或者调换_start 和 _finish 的更新顺序
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
//如果原数组不为空，拷贝数据
if (_start)
{
//size(T)算的是成员变量的内存大小，数组内有多少元素没有影响
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
delete[] _start;
}
_start = tmp;
//这里如果直接使用size()，会出现错误
//因为start更新了，finish还没更新，size()返回的是 旧的finish - 新的start，
//会导致第一次更新的finish为空，所以*finish = x 时就会出错
//所以，提前记录size()即可，或者调换_start 和 _finish 的更新顺序
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
//尽量用引用，因为vector里的数据可能是string、vector等较大的数据
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
++_finish;
}size(T)算的是成员变量的内存大小，数组内有多少元素没有影响
六、深拷贝问题
vector<std::string> v; v.push_back("11111"); v.push_back("22222"); v.push_back("33333"); v.push_back("44444"); v.push_back("55555"); for (auto& e : v) { cout << e << endl; }这里的 “11111” 会隐式类型转换为string，因为string有一个单参数的构造函数const char*，因为push_back参数是const T&，所以会发生构造临时变量的操作
当vector内的数据类型为内置类型，进行扩容时reserve函数memcpy没有问题，是按字节拷贝。
但是当vector内的数据是拷贝时需要深拷贝的自定义类型，扩容reserve函数的memcpy就有问题了，虽然vector数组是深拷贝，但是数组元素没有深拷贝，我们是按自定义类型字节大小进行的浅拷贝，拷贝的vector内的对象指向了被拷贝的vector对象的数组空间，又因为memcpy之后，立即调用了 delete[] _str，delete直接调用了数组内所有对象的析构函数，并释放数组空间，最终导致新拷贝的vector内的元素string的_str都指向了被释放的空间
解决方法：
按元素个数遍历，逐个赋值运算符重载赋值给tmp
void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t sz = size(); T* tmp = new T[n]; //如果原数组不为空，拷贝数据 if (_start) { //size(T)算的是成员变量的内存大小，数组内有多少元素没有影响 /*memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);*/ for (size_t i = 0; i < sz; ++i) { //每个自定义类型数据都采用赋值运算符重载 //若为内置类型，也没有影响 tmp[i] = _start[i]; } delete[] _start; } _start = tmp; /*这里如果直接使用size()，会出现错误 因为start更新了，finish还没更新，size()返回的是 旧的finish - 新的start， 会导致第一次更新的finish为空，所以*finish = x 时就会出错 所以，提前记录size()即可，或者调换_start 和 _finish 的更新顺序*/ _finish = _start + sz; _end_of_storage = _start + n; } }所以，拷贝构造函数的memcpy也要跟着修改
vector(const vector<T>& v) :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) { _start = new T[v.capacity()]; /*memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());*/ for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) { _start[i] = v._start[i]; } _finish = _start + v.size(); _end_of_storage = _start + v.capacity(); }
所以，我们可以再次理解vector<vector<int>> vv
七、iterator 迭代器
1. 可读可写
- begin()、end() 分别对应 _start 和 _finish，返回两指针即可
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}2. 只读
- 对于被const修饰的对象，在使用迭代器时，迭代器需要被const修饰，权限平移
typedef const T* const_iterator;
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}八、operator[ ]
1. 可读可写
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
2. 只读
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}九、insert
- 第一步：对于insert函数，参考STL中vector的insert函数，参数为iterator迭代器，以及要插入的值，所以第一步要判断iterator是否在合法的范围
- 第二步：进行扩容判断，如果要扩容就扩二倍，reserve()
- 第三步：进行移位（这里略微体现了STL的vector为什么成员变量要用指针表示，而不用size_t 型的size以及capacity，因为对于size_t类型，如果pos指向_start，即pos == 0，那么end--时会出现end < 0 的情况，而size_t是无符号整形，-1是最大值，循环不会中断，陷入死循环）
- 第四步：进行填充，并使_finish++，相等于size++
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finfish;
}问题：内部迭代器失效
当我们插入的数据超过8个时（第一次扩容为4，第二次扩容二倍为8，第三次扩容为16），就会插入失败，是随机值。为什么呢？
分析：扩容处出现错误，因为每次扩容都是开辟一个新的空间，_start、_finish、_end_of_storage都会随之修改，而形参iterator pos是不变的，它还指向的原空间，成为野指针。
解决：扩容前记录pos相对_start位置，并在扩容后更新
void insert(iterator pos, const T& x)
{
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);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finfish;
}
对于 push_back 我们可以复用 insert 函数
void push_back(const T& x) { /*if (_finish == _end_of_storage) { size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); } *_finish = x; ++_finish;*/ insert(end(), x); }
新问题：外部的迭代器
因为insert函数形参是iterator类型，是临时拷贝，如果扩容了，函数内部的pos会更新，但是在外部，实参pos还是原先的迭代器，如果此时在外部修改pos，相当于修改野指针，很容易出错，也就是说，在insert之后迭代器可能会失效（之所以是可能，是因为平台不一样扩容机制不一样，Linus扩容2倍，VS扩容1.5倍）
所以，记住！insert以后就不要使用这个形参迭代器了，因为它很可能失效了，如果再进行
vector<int>::iterator pos = v.begin() + 3; v.insert(pos, 500); *pos += 10;*pos += 10; 这是高危行为
所以，STL的vector将insert的返回值设置为iterator，
返回指向第一个新插入元素的迭代器，所以如果想继续修改，就用返回的迭代器，不要用实参传的迭代器
iterator insert(iterator pos, const T& x) { 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); pos = _start + len; } iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *pos = x; ++_finish; return pos; }
十、erase
- 删除元素，移动后面元素即可
- --_finish
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin != _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
}erase的迭代器会失效吗？
会，在特殊的情景会失效，当迭代器指向最后一个元素，删除元素后，迭代器就会失效。
我们先看一般情况：
void test2() { vector<int> v; v.push_back(5); v.push_back(4); v.push_back(3); v.push_back(2); v.push_back(1); for (auto& e : v) { cout << e << " "; } cout << endl; vector<int>::iterator it = v.begin(); v.erase(it); cout << *it << endl; ++it; cout << *it << endl; for (auto& e : v) { cout << e << " "; } }
可以看出，此时的迭代器没有失效，解引用和++操作都没有异常，但是当it指向最后一个元素时，问题就出现了
void test2() { vector<int> v; v.push_back(5); v.push_back(4); v.push_back(3); v.push_back(2); v.push_back(1); for (auto& e : v) { cout << e << " "; } cout << endl; vector<int>::iterator it = v.begin() + 4; v.erase(it); cout << *it << endl; ++it; cout << *it << endl; for (auto& e : v) { cout << e << " "; } }
可以看到，当删除了最后一个元素后，第一次解引用是被删除的值 —— 1，相当于野指针（因为该空间按理来说已经 “释放” 了，对于数组删除元素，我们一般不抹除值，只进行覆盖），当 it++ 后再次解引用，it 还是野指针，但指向的空间是随机值，所以打印出了随机值
对于VS的vector，它会强制判断，如果进行上面的操作，即使不是删除最后一个元素后再使用迭代器，VS都会直接报错；而g++不同，它不进行检查，但是不检查的行为，会导致出现很多问题。
所以，同 insert 函数 erase 之后也不要使用迭代器，这也是高危行为
返回一个迭代器，指向删除的最后一个元素之后的元素的新位置。如果操作删除了序列中的最后一个元素，则容器结束。
iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator begin = pos + 1; while (begin != _finish) { *(begin - 1) = *begin; ++begin; } --_finish; return pos; }
如果要在vector中删除偶数，那么迭代器要使用erase返回的迭代器，如果使用自己的迭代器，VS就不通过，代码没有移植性。
其实对于erase，可能会出现其他平台，很珍惜内存空间，在删除了一半的数据后，会缩容，那么缩容时，迭代器肯定是失效的
总结：vector在使用insert和erase之后，不能再访问这个迭代器，虽然insert之后迭代器有可能没有失效，但是我们都认为失效了，即访问结果是未定义的
十一、resize
对于vector来说resize是很重要的，在resize时，我们要指定默认初始为什么，这里就用到了模板和匿名对象。
void resize(size_t n, const T& val = T())对于自定义类型，构造时会调用其类型的默认构造函数，如果没有默认构造，那么这个resize函数就编译不通过，这也说明了，我们在写类的时候一定要写默认构造，不然坑害的是自己。
对于内置类型，比如 int ，int( )在理论上是不行的，因为int并没有构造函数，但是这个需求是肯定的！所以C++的内置类型在C++出了模板之后就升级了，对于内置类型也有其构造函数，对于整形默认初始化为0，浮点型为0.0，指针类型为空。
int main() { int i = 0; int j = int(); int k = int(1); cout << "i = " << i << endl; cout << "j = " << j << endl; cout << "k = " << k << endl; return 0; }
//T类型匿名对象，对于自定义类型，调用它的默认构造，没有默认构造，那么程序就编不过
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < _finish)
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish != start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}整体代码：
#pragma once #include<iostream> #include<stdlib.h> #include<assert.h> using std::cin; using std::cout; using std::endl; namespace my_vector { template<class T> class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin() const { return _start; } const_iterator end() const { return _finish; } //先初始化为nullptr，因为成员变量给了初始值，所以可以不使用初始化列表 vector(size_t n, const T& val = T()) //:_start(nullptr) //, _finish(nullptr) //, _end_of_storage(nullptr) { resize(n, val); } //重载一个更适合的版本 vector(int n, const T& val = T()) { resize(n, val); } //迭代器模板,使用所有自定义类型的迭代器 template<class InputIterator> vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last) { push_back(*first); ++first; } } vector() :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) {} //方法一： vector(const vector<T>& v) :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) { _start = new T[v.capacity()]; /*memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());*/ for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) { _start[i] = v._start[i]; } _finish = _start + v.size(); _end_of_storage = _start + v.capacity(); } 方法二： //vector(const vector<T>& v) // :_start(nullptr) // , _finish(nullptr) // , _end_of_storage(nullptr) //{ // reserve(v.capacity()); // for (auto e: v) // { // push_back(e); // } //} //赋值运算符重载 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; } ~vector() { if (_start) { delete[] _start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; } } size_t capacity() const { return _end_of_storage - _start; } size_t size() const { return _finish - _start; } void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t sz = size(); T* tmp = new T[n]; //如果原数组不为空，拷贝数据 if (_start) { //size(T)算的是成员变量的内存大小，数组内有多少元素没有影响 /*memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);*/ for (size_t i = 0; i < sz; ++i) { //每个自定义类型数据都采用赋值运算符重载 //若为内置类型，也没有影响 tmp[i] = _start[i]; } delete[] _start; } _start = tmp; /*这里如果直接使用size()，会出现错误 因为start更新了，finish还没更新，size()返回的是 旧的finish - 新的start， 会导致第一次更新的finish为空，所以*finish = x 时就会出错 所以，提前记录size()即可，或者调换_start 和 _finish 的更新顺序*/ _finish = _start + sz; _end_of_storage = _start + n; } } //T类型匿名对象，对于自定义类型，调用它的默认构造，没有默认构造，那么程序就编不过 void resize(size_t n, const T& val = T()) { if (n < _finish) { _finish = _start + n; } else { reserve(n); while (_finish != _start + n) { *_finish = val; ++_finish; } } } //尽量用引用，因为vector里的数据可能是string、vector等较大的数据 void push_back(const T& x) { /*if (_finish == _end_of_storage) { size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); } *_finish = x; ++_finish;*/ insert(end(), x); } T& operator[](size_t pos) { assert(pos < size()); return _start[pos]; } const T& operator[](size_t pos) const { assert(pos < size()); return _start[pos]; } iterator insert(iterator pos, const T& x) { 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); //解决pos迭代器失效问题 pos = _start + len; } iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *pos = x; ++_finish; return pos; } iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator begin = pos + 1; while (begin != _finish) { *(begin - 1) = *begin; ++begin; } --_finish; return pos; } private: iterator _start = nullptr; iterator _finish = nullptr; iterator _end_of_storage = nullptr; }; }
总结
多练习string、vector的模拟实现，下节我们学习list并模拟实现list
最后，如果小帅的本文哪里有错误，还请大家指出，请在评论区留言（ps：抱大佬的腿），新手创作，实属不易，如果满意，还请给个免费的赞，三连也不是不可以（流口水幻想）嘿！那我们下期再见喽，拜拜！
