【C++学习手札】模拟实现vector

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一、vector实际的底层原理

二、vector的模拟实现

迭代器相关

基本操作（迭代器失效问题）

插入

删除

push_back（）

pop_back（）

swap（）

基本成员函数

构造函数

拷贝构造函数

析构函数

赋值运算符

空间管理

基本状态

扩容操作

resize（）

重载[ ]（最爱的运算符！！！）

三、整体代码

一、vector实际的底层原理

C++中的vector底层实现是一个动态数组，也被称为可变数组。当向vector添加元素时，如果数组已经被填满，vector会自动创建一个更大的数组，将原有数据复制到新数组中，并将新元素添加到新数组中。这种自动扩容的机制使得vector能够封装任意数量的对象，而不必关心底层的数组大小。

vector的成员变量同前面我们学的string不一样，他是通过使用指针来控制起始位置、最后一个数据位置、最大容量位置。定义如下：

class vector
{
public:
	typedef T* iterator;
	typedef const T* const_iterator;
private:
	iterator _start;  
	iterator _finish;
	iterator _endofstorage;
};

配合图解明白：

二、vector的模拟实现

迭代器相关

        // Vector的迭代器是一个原生指针

        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;
        }

基本操作（迭代器失效问题）

插入

在插入元素期间，可能会引起扩容，让三个指针都指向新的空间，原空间被释放，从而导致原来的迭代器指向的空间错误，对此我们可以返回新的空间的地址解决。

 iterator insert(iterator pos, const T& x)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
            {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos <= finish);

                    if (_finish == _endOfStorage)
                    {
                        size_t len = pos - _start;//避免位置错误,因为在扩容后_start的地址会变化
                        reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
                        pos = start + len;//恢复位置
                    }

                    iterator end = _finish - 1;
                    while (end >= pos)//从后往前挪
                    {
                        *(end + 1) = *end;
                        --end;
                    }

                    *pos = x;
                    ++_finish;

                    return pos;
            }

删除

删除由于受限制，在这里实现的时候只能通过返回指针来控制删除。通常在使用 erase 进行删除时，我们需要额外定义一个迭代器来接受原迭代器，通过选择语句来进行批量删除的判断。有如下例子：（我们要删除迭代器中可以被2整除的数，以此解决迭代器的问题）

iterator erase(Iterator pos)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
                {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos < _finish);

                    iterator it = pos + 1;//定义一个变量用于删除
                    while (it < _finish)
                    {
                        *(it - 1) = *it;
                        ++it;
                    }

                    --_finish;

                    return pos;
            }

push_back（）

复用以上insert的操作，简化代码。

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

        *_finish = x;
        ++_finish;*/

                insert(end(), x);
            }

pop_back（）

            void pop_back()
            {
                assert(!empty());

                --_finish;
            }

swap（）

            void swap(vector<T>& v)
            {
                std::swap(_start, v._start);
                std::swap(_finish, v._finish);
                std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
            }

基本成员函数

主要是复用上面的基本操作以此来简化代码。

构造函数

            vector()
                :_start(nullptr)
                ,_finish(nullptr)
                ,_endOfStorage(nullptr)
            {}

在构造时，由于我们都要初始化。我们可以直接给成员变量在定义时就给缺省值，剩下的两个分别是根据指定数量、指定初始化值，以及根据迭代器构造。

            vector()
            {}

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

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

拷贝构造函数

特别注意，在进行拷贝构造时，不要使用memcpy，在对诸如：string等类型进行拷贝时，执行的是浅拷贝。我们在这复用push_back()来进行拷贝构造。


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

析构函数

需要释放在堆上动态开辟的空间，并且将指针置空，防止野指针。

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