前言:
本文主要讲在C++ STL库中vector容器的使用方法和底层的模拟实现~
成员变量的定义:
对于vector容器,我们首先采用三个成员变量去进行定义,分别是:
private:
iterator _start; // 指向数据块的开始
iterator _finish; // 指向有效数据的 下一个 位置!!!
iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾
迭代器的书写:
因为vector底层存储空间是连续的,我们可以直接用指针作为迭代器,分别是const和非const类型。注意我们需要用类模板去定义
// 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 cbegin() const
{
return _start;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
构造函数:
我们使用初始化列表进行初始化。
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
,_endOfStorage(nullptr)
{}
拷贝构造函数:
对于自定义类型,并且需要深拷贝的情况下,需要自己书写拷贝构造函数,编译器默认生成的
拷贝构造函数只适用于浅拷贝,或者内置类型。
//深拷贝需要自己写一份拷贝构造函数
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
memcpy(_start, v._start, v.size() * sizeof(T));
_finish = _start + v.size();
_endOfStorage = _start + v.capacity();
}
赋值重载函数:
赋值重载同样也需要深拷贝,这里我们采用现代的写法,比较简洁。
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
析构函数:
利用delete去释放空间,并且将内部成员变量赋值为空指针。
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
}
常用的size() 和 capacity()函数接口
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
reserve函数:
reserve函数主要是用来扩容开空间,并且对新开辟的空间不做初始化。
我们一般需要将原来的空间进行析构,在析构前需要将原本位置的值拷贝给新的空间
void reserve(size_t n)
{
size_t len = _finish - _start;
if (n > _endOfStorage - _start)
{
T* tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * len); 注意memcpy和memove是浅拷贝
for (int i = 0; i < len; i++)
{
//tmp[i] = _start[i];
*(tmp + i) = *(_start + i);
}
delete[] _start;//注意要将原来的析构
_start = tmp;
_finish = _start + len;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
resize函数:
resize函数适用于开空间和缩容,一般是用来扩容,那么这个函数和reserve有什么区别呢?
最大的区别就是resize会将新开辟的空间进行初始化,而reserve对于新开辟的空间不做任何处理。
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
if (n > size())
{
//先判断是否需要扩容
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
for (int i = 0; i < n-size(); i++)
{
*(_finish + i) = value;
}
_finish += n - size();
}
else
{
_finish = n + _start;
}
}
push_back()函数
此函数接口主要用来尾插。实现与用法比较简单。
void push_back(const T& x)
{
//判断是否需要扩容
if (_finish == _endOfStorage)
{
size_t capacity = _endOfStorage - _start;
reserve(capacity == 0 ? 4 : capacity * 2);
}
*_finish = x;//注意解引用
_finish++;
}
pop_back()函数
这个函数与push_back()相对应,进行尾删。
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
_finish--;
}
swap交换函数
顾名思义就是将两个vector容器内容以及大小进行交换,这里我们直接借用std标准库的swap函数实现。
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
insert()
插入函数,我们可以在任意位置进行插入,注意函数的第一个参数pos并不是下标值,而是迭代器!
这里的插入如果需要扩容会导致怕pos的迭代器失效问题!
iterator insert(iterator pos, const T& x)//注意第一个参数是迭代器!
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
size_t capacity = _endOfStorage - _start;
//先判断扩容
if (_finish == _endOfStorage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity == 0 ? 4 : capacity * 2;
reserve(newcapacity);
pos = len + _start;//需要重新确定pos的位置
}
//不要浅拷贝
//memove(_start + pos + 1, _start + pos, sizeof(T) * (size() - pos));
iterator tmp = _finish;
while (tmp != pos)
{
*tmp = *(tmp - 1);
tmp--;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
erase函数
这个函数主要用来将任意位置的值进行删除,这里的第一个参数同样也是迭代器!
//注意参数是迭代器
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator tmp = pos;
while (tmp < _finish)
{
*tmp = *(tmp + 1);
tmp++;
}
_finish--;
return pos;
}
关于vector容器使用和实现的注意点:
1、迭代器失效
如果调用insert函数,并且扩容的话,原先pos迭代器就会失效,因为pos迭代器指向的是原来空间的pos位置,但是经过扩容之后,原先的空间会被销毁,生成新的空间,所以我们需要先记录迭代器在空间的相对位置,这样方便在扩容后创建的新空间不会失效。
所以我们尽量不要使用insert和erase过后的迭代器 insert和erase 形参pos都可能会失效
2、reserve 不能使用memcpy/memove的原因 (深层次的深拷贝的问题)
memcpy 和 memove都是浅拷贝!!!对于自定义类型的要求的深拷贝,memcpy和memove只将值拷贝了下来,我们要用赋值就是深拷贝。
对于内置类型,或者对于只需要浅拷贝的自定义类型,我们使用memove没有任何问题。
但是针对于自定义类型需要深拷贝的情况,我们不能使用memcpy或者memove,因为这两个都只能解决浅拷贝的问题。
比如这里的_str如果只是浅拷贝。没有创建空间,那么在delete之后,这段空间就已经销毁了,所以此时的tmp就是野指针,因此我们需要用赋值进行深拷贝!