C++(16)——vector的模拟实现

news2024/11/18 9:32:52

   前面的文章中,给出了对于string的模拟实现,本篇文章将给出关于vector的模拟实现。

目录

1.基本框架:

2. 返回值与迭代器:

2.1 返回值capacity与size:

2.2 两种迭代器iterator和const_iterator:

3. 扩容与push_back与pop_back:

3.1 扩容:

3.2 push_back:

3.3 pop_back:

4. 运算符重载[]:

测试:

5. 拷贝构造函数:

6. 运算符重载=:

7. 打印函数print_vecotr:

测试:

8. 插入insert:

9. resize(n):

10. erase:

测试:

11. 代码总览:


1.基本框架:

      对于string类,主要是针对于字符型变量这一种数据类型,但是对于vector,要同时适用于不同的数据类型,对于这一点,可以利用之前C++(10)——模板-CSDN博客中的模板参数来实现。在STLvector的源代码中,类中的成员变量分别为start,finish,endofstorage。三个变量的类型都是迭代器。其中start表示开头,finish表示已有内容的结尾,endfostorage表示开辟空间的结尾。

   通过上述信息,可以给出vector类的基本构成:

namespace violent
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;

	};
}

对于vector的构造函数,直接初始化为nullptr即可。因为三个成员变量的类型是由内置类型T*经过tppedef后的iterator,因此,三个成员变量的类型可以看作内置类型,对于内置类型的初始化,可以通过声明成员变量的同时,给缺省值来达成。即:

namespace violent
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		vector()
		{}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _endofstorage = nullptr;

	};
}

对于vector类的析构函数,只需要先检测start是否为空,为空则说明外部没有对实例化的对象进行操作。如果start不为空,则需要调用析构函数,对于对象进行清理。

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

2. 返回值与迭代器:

2.1 返回值capacity与size:

在上一部分说到了三个成员变量各自的意义,具体可以由下面的图形表示:

通过对于三个成员变量进行计算,可以得到空间中已有内容的长度size,空间的整体大小capacity。代码如下:

size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

2.2 两种迭代器iterator和const_iterator:

同时为了方便后续使用迭代器,需要获取空间的起始地址start,空间的末尾地址end,代码表示如下:

iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

3. 扩容与push_back与pop_back:

3.1 扩容:

对于扩容,其整体思路如下:

假设已有的空间的首地址为start,即:

如果已有的空间不满足使用需求,需要开辟大小为n的空间,则通过操作符new来开辟一块大小为n的空间,这里将这块空间命名为tmp,即:


如果start对应的空间中没有内容,即为空,则直接让start=tmp即可。

如果start的空间中存在内容,则先使用memcpy函数将内容拷贝到tmp中,再释放掉start。最后start=tmp

在上述步骤结束后,需要修订扩容后空间的finish,endofstorage

对于同一块空间,finish=start+size()endofstorage=start+capacity()

但是,由于start=tmp会改变start,并且当start存在内容时会进行释放。因此上述计算方法便不再成立。应在开辟空间之前,提前算出start中已有内容的长度len,后续进行计算,即:

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				int oldlen = size();
				if (_start)
				{	
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldlen);
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + oldlen;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

3.2 push_back:

再进行插入之前,首先需要检查空间是否已满,即finish == endofstorage,如果相等,则需要进行扩容,再进行插入。具体代码如下:

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

			*_finish = x;
			_finish++;

		}

3.3 pop_back:

原理较为简单,不进行过多叙述,只给出代码:

void pop_back()
		{
			if (size() > 0)
			{
				_finish--;
			}
		}


 

4. 运算符重载[]:

string类型中的实现方法相同,这里不过多解释,只给出代码:

T& operator[](size_t pos)
		{
			return _start[pos];
		}

		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			return _start[pos];
		}

测试:

利用下方代码对于上面给出的函数进行测试:

void test1()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		vector<int>::iterator it1 = v.begin();
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		for (size_t i  = 0; i < v.size(); i++)
		{
			v[i]++;
			cout << v[i] << ' ';
		}

		v.pop_back();
		v.pop_back();

		cout << endl;
		for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		{
			cout << v[i] << ' ';
		}

	}

运行结果如下:

 

5. 拷贝构造函数:

由于类中存在指针,因此拷贝构造函数需要实现深拷贝,即:

vector(const vector<T>& x)
		{
			_start = new T[x.capacity()];
			memcpy(_start, x._start, sizeof(T) * x.size());
			_finish = _start + x.size();
			_endofstorage = _start + x.capacity();
		}

通过上述代码不难发现,深拷贝就是需要将传参的对象中的内容,空间等一一赋给start

对于上述功能,通过push_back函数也可以实现,因此,对于拷贝构造函数可以化简为以下形式:

vector(const vector<T>& x)
		{
			for (auto e : x)
			{
				push_back(e);
			}
		}

6. 运算符重载=:

对于上方的拷贝构造,是利用一个已有的对象去初始化另一个对象。对于运算符重载=,则是已有两个一直的对象,用一个对象去给另一个对象赋值。赋值方法与string类中的实现方法相同,这里只给出代码,不做过多解释:

void swap(vector<T> x)
		{

			std::swap(_start, x._start);
			std::swap(_finish, x._finish);
			std::swap(_endofstorage, x._endofstorage);
		}

		vector<T>& operator=(vector<T> x)
		{
			swap(x);
			return *this;
		}

7. 打印函数print_vecotr:

void print_vector(const vector<T>& x)
		{
			cout << endl;
			vector<T>::const_iterator it2 = x.begin();
			while (it2 != x.end())
			{
				cout << *it2 << ' ';
				it2++;
			}
			cout << endl;
			for (auto e : x)
			{
				cout << e << ' ';
			}
		}

测试:

利用下方的代码对于上述函数进行测试:

void test2()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		vector<int> v1 = v;
		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		vector<int> v2;
		v2 = v;
		for (auto e1 : v2)
		{
			cout << e1 << ' ';
		}

		v2.print_vector(v2);
	}

运行结果如下:

8. 插入insert:

对于insert,即在给出的pos位置插入给定的字符val

在进行插入前,首先需要检测给出的位置pos是否合法。即start <= pos <= finish

在检查结束后,需要查看是否需要扩容。随后,利用memmove函数将pos位置即以后的字符向后整体移动一位,最后在pos位置插入字符val

对于上述步骤,需要主语,如果发生了扩容,需要提前记录pos的位置,记录的方法,需要计算出pos位置到首地址这部分的内容的长度len,即len=pos-start。如果发生了扩容,则在扩容结束后,让pos=start+len。具体代码如下:
 

void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				int len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + len;
			}

			memmove(pos + 1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));
			*pos = x;
			++_finish;
		}

9. resize(n):

对于resize(n),即改变容量兼初始化:

n <size时,需要进行缩容。此处由于不涉及扩容,因此直接改变finishstart+n即可。

size<=n<capacity时,并不需要额外开辟空间,n后面的空间进行初始化即可

capacity<n时,需要先扩容再初始化。这里为了方便理解以及简化代码,将后两种情况合并。

具体代码如下:

void resize(size_t n, T val = T())
		{
			if (n > capacity())
			{
				reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
			}
		}

10. erase:

erase函数为清除给定pos位置的内容,即从pos位置开始,让pos+1的内容赋值给pos。具体代码如下:

void erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);

			while (pos < _finish)
			{
				*pos = *(pos + 1);
				++pos;
			}

			--_finish;
		}

测试:

通过下面给出的代码对上述函数进行测试:

void test2()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		vector<int> v1 = v;
		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		vector<int> v2;
		v2 = v;
		for (auto e1 : v2)
		{
			cout << e1 << ' ';
		}

		v2.print_vector(v2);
	}

	void test3()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		v.insert(v.begin(), 11);
		v.insert(v.begin(), 21);
		v.insert(v.begin(), 31);
		v.insert(v.begin(), 41);

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		v.resize(15);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;

		v.erase(v.begin());
		v.erase(v.begin());

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
	}

运行结果如下:

 

11. 代码总览:
 

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;

namespace violent
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		vector()
		{}

		/*vector(const vector<T>& x)
		{
			_start = new T[x.capacity()];
			memcpy(_start, x._start, sizeof(T) * x.size());
			_finish = _start + x.size();
			_endofstorage = _start + x.capacity();
		}*/

		vector(const vector<T>& x)
		{
			for (auto e : x)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		void swap(vector<T> x)
		{

			std::swap(_start, x._start);
			std::swap(_finish, x._finish);
			std::swap(_endofstorage, x._endofstorage);
		}

		vector<T>& operator=(vector<T> x)
		{
			swap(x);
			return *this;
		}

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				int oldlen = size();
				if (_start)
				{	
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldlen);
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + oldlen;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

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

			*_finish = x;
			_finish++;

		}

		void pop_back()
		{
			if (size() > 0)
			{
				_finish--;
			}
		}

		T& operator[](size_t pos)
		{
			return _start[pos];
		}

		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			return _start[pos];
		}

		void print_vector(const vector<T>& x)
		{
			cout << endl;
			vector<T>::const_iterator it2 = x.begin();
			while (it2 != x.end())
			{
				cout << *it2 << ' ';
				it2++;
			}
			cout << endl;
			for (auto e : x)
			{
				cout << e << ' ';
			}
		}

		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				int len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + len;
			}

			memmove(pos + 1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));
			*pos = x;
			++_finish;
		}

		void resize(size_t n, T val = T())
		{
			if (n > capacity())
			{
				reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
			}
		}

		void erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);

			while (pos < _finish)
			{
				*pos = *(pos + 1);
				++pos;
			}

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

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _endofstorage = nullptr;

	};


	void test1()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		vector<int>::iterator it1 = v.begin();
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		for (size_t i  = 0; i < v.size(); i++)
		{
			v[i]++;
			cout << v[i] << ' ';
		}

		v.pop_back();
		v.pop_back();

		cout << endl;
		for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		{
			cout << v[i] << ' ';
		}

	}

	void test2()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		vector<int> v1 = v;
		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		vector<int> v2;
		v2 = v;
		for (auto e1 : v2)
		{
			cout << e1 << ' ';
		}

		v2.print_vector(v2);
	}

	void test3()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		v.insert(v.begin(), 11);
		v.insert(v.begin(), 21);
		v.insert(v.begin(), 31);
		v.insert(v.begin(), 41);

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;
		v.resize(15);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;

		v.erase(v.begin());
		v.erase(v.begin());

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
	}
}
#include"vector.h"

int main()
{
	/*violent::test1();
	violent::test2();*/
	violent::test3();
	return 0;
}

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