【STL】之 vector 使用方法及模拟实现

news2025/1/16 4:43:39

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! 

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