C++:vector增删查改模拟实现
- 前言
- 一、迭代器
- 1.1 非const迭代器：begin()、end()
- 1.2 const迭代器：begin()、end()
- 二、构造函数、拷贝构造函数、赋值重载、析构函数模拟实现
- 2.1 构造函数
- 2.1.1 无参构造
- 2.1.2 迭代器区间构造
- 2.1.3 n个值构造
- 2.2 拷贝构造
- 2.3 赋值重载
- 3 析构函数
- 三、容量相关：capacity()、size()、reserve()、resize()
- 3.1 capacity()
- 3.2 size()
- 3.3 reserve()
- 3.4 resize()
- 四、operator[ ]重载
- 五、元素相关：insert、erase、push_back、pop_back
- 5.1 insert()
- 5.2 erase()
- 5.2.1 erase迭代器失效
- 5.3 push_bach()
- 5.4 pop_back()
- 六、所有代码
前言
提前在这说明下，vector增删查改模拟实现的成员变量博主采用SGI版本。下面给出其库中成员变量是哪些，后续的模拟实现都基于此。
我们发现库中定义了3个T*的变量。同时3个成员变量的意义如下：
一、迭代器
1.1 非const迭代器：begin()、end()
typedef T* iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
1.2 const迭代器：begin()、end()
typedef const T* const_iterator;
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
二、构造函数、拷贝构造函数、赋值重载、析构函数模拟实现
2.1 构造函数
我们先来看看vector库中的构造类型如下：
我们知道有三种构造方式，下面给出各种的实现方式。
2.1.1 无参构造
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
, _endofstorage
{}
2.1.2 迭代器区间构造
template<class InputIterator>//使用模板是为了，当数据类型匹配时就可以使用
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
2.1.3 n个值构造
vector(size_t n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}
//防止定义vector<int>这种类型走迭代区间的构造函数，我们在多实现一个以下类型函数
//当使用vector<int>类型的去构造时，此时调用的构造函数两个参数都是int。所有他会走最匹配的函数，即迭代器区间构造生成的构造函数，程序会出错。
//而下面给出了现成的最匹配构造函数，编译器调用时就不会走模板。
vector(int n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}
2.2 拷贝构造
拷贝构造我们先调用开好一块空间，在依次插入数据即可。
//vector(const vector& x) //库中实现模式, 直接使用类名。但C++，类型不是类名。
//这里各位读者了解下这里直接类名做类型也正确即可，但不建议各位这样做。
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());//后面会给出实现
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
2.3 赋值重载
赋值重载这里我们不要传引用，而是直接传参即可。编译器调用拷贝构造生成形参后，在调用swap()函数依次交换形参和this即可。
//赋值重载
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v_endofstorage);
}
vector<T>& operator= (vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
3 析构函数
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
三、容量相关：capacity()、size()、reserve()、resize()
3.1 capacity()
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
3.2 size()
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
3.3 reserve()
由于stl中我们一般不缩容，所以先判断reserve的空间大小是否比当前空间容量大。
如果reserve的空间更大，所以我们需要先开好目标大小的空间，在将原数据拷贝过去，最后析构原来空间即可。
但下面这两种实现方式对吗？
第一种：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)//如果原来空间有数据，拷贝到新空间
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
//更新_start、_finish、_endofstorage。指向新空间中相应位置
_start = tmp;
_finish = _start + size();
_endofstorage = _start + n;
}
}
先说结论：上诉这段代码是错的。
在我们调试后会发现_finish的值没有更新。（这里大家自行验证下接口）
原因：(win11画图一直很模糊，博主也很无奈，各位将就看吧)
第二种：
为了解决上诉问题，我们可以先记录_finish和_start的偏移量，用来代替size()函数。
所以初学者很容易写出以下代码：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();//记录_finish 和 _start 的偏移量
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;//不能用size()代替sz，否则会导致迭代器失效
_endofstorage = _start + n;
}
}
那这是否正确呢？答案是否定的。
我们来看看下面这种场景：
实际上对于这种情况，可以自己循环依次赋值即可。内置类型直接拷贝数据；内置类型调用赋值重载，是一种深拷贝。
最终代码如下：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();//记录_finish 和 _start 的偏移量
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;//不能用size()代替sz，否则会导致迭代器失效
_endofstorage = _start + n;
}
}
3.4 resize()
resize逻辑还是很简单的。
首先判断resize()的目标大小n和有效数据个数size()谁大。如果有效个数size()更大，只需更改_finish即可；否则要先进行扩容（reserve会将原有数据拷贝到新空间），然后从_finish开始向扩充的空间插入新的值。
代码如下：
//const会延长匿名对象的生命周期, 匿名对象具有常性
//模板出来后，对类进行了升级，内置类型也有构造函数
//void resize(size_t n, T val = T())
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
四、operator[ ]重载
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < _finish);
return _start[pos];
}
五、元素相关：insert、erase、push_back、pop_back
5.1 insert()
任意位置插入数据，首先需判断是否需要扩容。然后将插入位置pos开始往后的数据向后移动，最后将新数据插入到pos处即可。
tips：
- 如果发生扩容，需要先记录pos和_start之间的偏移量。在将pos位置跟新，指向新空间中对应位置。否则会导致迭代器失效
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstroage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
//挪动数据
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
//插入数据
*pos = x;
_finish++;
}
5.2 erase()
任意位置删除数据，只需要从pos+1开始，将后续数据全部依次向前移动覆盖，最后更新_finish即可。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
5.2.1 erase迭代器失效
void testvector4()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(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;
}
上述代码本意是将偶数全部删除，结果本该是1 、5。但结果却是：
为什么呢？
这是因为我们删除元素后，后续数据会补上空缺。所以当使用erase后，迭代器会失效。（上述结果是g++的实现机制，在vs2019下上述代码会直接报错。原因在于vs2019对erase后的空间做强制检查，不允许访问）。为此stl库给出的解决方案是接受删除位置的下一个元素的返回值。（这也是为什么整个模拟实现中只有erase函数具有返回值）,并接收返回值。
正确删除偶数方法：
void testvector4()
{
//std::vector<int> v;
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
auto it = v.begin();
//迭代器失效
/*while (it < v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
it++;
}*/
while (it < v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
5.3 push_bach()
头插复用insert函数即可。
void push_back(const T& x)
{
//if (_finish == _endofstroage)
//{
// reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
//}
插入数据
//*_finish = x;
//_finish++;
insert(_finish, x);
}
5.4 pop_back()
复用erase，尾删
void pop_back()
{
erase(--end());
}
六、所有代码
vector增删查改模拟实现gitee链接
