模拟实现vector
- 一.vector成员变量
- 二.构造函数
- 1.无参（默认）构造
- 2.有参构造
- 3.拷贝构造
- 1.传统写法
- 2.现代写法
- 三.vector对象的容量操作
- 1.size
- 2.capacity
- 3.clear
- 4.empty
- 5.reserve
- 6.resize
- 四.vector对象的访问及遍历操作
- 1.operator[]
- 2.实现迭代器：begin+end
- 五.vector对象的增删查改操作
- 1.operator
- 1.传统写法
- 2.现代写法
- 2.push_back
- 3.pop_back
- 4.insert
- 迭代器失效：类似野指针
- 迭代器失效：位置意义改变
- 5.erase
- 六.源代码
- 1.vector.h
一.vector成员变量
成员变量：
- iterator _start：指向vector的起始位置。
- iterator _finish：指向vector的最后一个有效数据的下一个位置。
- iterator _end_of_storage：指向vector可容纳最大数据个数的下一个位置。
大体结构如下：
namespace xzy
{
//有模版不能分离到.h与.cpp文件，否则报链接错误
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}
二.构造函数
1.无参（默认）构造
类内函数拷贝构造，系统就不再提供默认构造，无法vector<int> v; 需要自己提供默认构造，C++11中vector() = default; 强制生成默认构造。
//C++11 强制生成默认构造
//vector() = default;
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}
2.有参构造
- 迭代器区间构造：例如用list对象的迭代器区间构造vector对象。作用：例如由于list对象排序性能较低，利用vector的迭代器区间初始化list对象中相同的数据进行排序，可以提高性能。
//类模版的成员函数可以是函数模版
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
int main()
{
list<int> l1(10, 1); //数据类型要求匹配，例如：都是int
vector<int> v1(l1.begin(), l1.end());
}
- n个值为val初始化：
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
解决办法：
3.拷贝构造
1.传统写法
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
//memmove(_start, v._start, v.size() * sizeof(T));
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
更好的写法：遍历vector进行尾插。
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
2.现代写法
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
vector(const vector<T>& v)
{
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}
三.vector对象的容量操作
1.size
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
2.capacity
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
3.clear
void clear()
{
_finish = _start;
}
4.empty
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
5.reserve
扩容时：先开辟新空间，再将旧空间拷贝到空间，释放旧空间，最后修改数据。
但是这里存在一个坑，如下：
初始_start 和 _finish 为缺省值 nullptr。
_finish = _start + size() = _start + _finish - _start = _finish = nullptr——>程序崩溃。
正确代码如下：
void reserve(size_t n)
{
//第一种解决方法
//if (n > capacity())
//{
// T* tmp = new T[n];
// memmove(tmp, _start, sizeof(T) * size());
// delete[] _start;
// _finish = tmp + size();
// _start = tmp;
// _end_of_storage = _start + n;
//}
//第二种解决方法
//if (n > capacity())
//{
// size_t old_size = size();
// T* tmp = new T[n];
// memmove(tmp, _start, sizeof(T) * size());
// delete[] _start;
// _start = tmp;
// _finish = _start + old_size;
// _end_of_storage = _start + n;
//}
//第三种解决方法
if (n > capacity())
{
//先保存有效数据个数
size_t old_size = size();
//开空间
T* tmp = new T[n];
//拷贝数据
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
//释放旧空间
delete[] _start;
//更新数据
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
但是第一种与第二种方法在某些vector容器数据为自定义类型时存在浅拷贝问题如下图：
同理：拷贝构造使用的memmove也存在此问题。
6.resize
修改有效数据的个数时：若传入的参数小于有效数据的个数：删除数据即修改_finish即可；若传入的参数大于有效数据的个数：插入数据前考虑是否扩容。
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.vector对象的访问及遍历操作
1.operator[]
T& operator[](size_t i)
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
2.实现迭代器：begin+end
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;
}
五.vector对象的增删查改操作
1.operator
1.传统写法
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if (this != &v)
{
delete[] _start;
_start = new T[v.capacity()];
//memcpy(_start, v._start, v.size() * sizeof(T)); //当vector<string>时存在问题
for(size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
return *this;
}
更好的写法：遍历vector进行尾插。
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if (this != &v)
{
clear();
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}
2.现代写法
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
//类内可以用类名替代类型：vector& operator=(vector tmp)
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
2.push_back
尾插时：先检查容量，再进行尾插。
void push_back(const T& x)
{
//容量满了——>扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
//尾插
*_finish = x;
++_finish;
}
3.pop_back
尾删时：先检查是否有有效数据，再进行尾删。
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
4.insert
插入时：先检查容量，再整体右移一位，最后插入。
迭代器失效：类似野指针
实现插入操作有一个坑造成迭代器失效问题，如下图：
修改后的代码能解决上面的问题，但是又存在另一个迭代器失效的问题，如下图：
迭代器失效：位置意义改变
由于不知道insert函数内是否存在扩容，不能确保pos是否为野指针，解决方法：可以在insert函数中返回pos用于接受。代码如下：
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
//容量满了——>扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
//记录pos的相对位置防止迭代器失效
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;
}
//整体后移一位
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
//插入数据
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
5.erase
同理erase也会遇到的迭代器失效：位置意义改变，在vs2022中的vector（SLT）不接收erase的返回值强行访问，程序崩溃。接收erase的返回值访问，程序正常运行。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
实现删除vector中的偶数：
int main()
{
std::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
return 0;
}
六.源代码
1.vector.h
//#pragma once
#ifndef __VECTOR_H__
#define __VECTOR_H__
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace xzy
{
//有模版不能分离到.h与.cpp文件，否则报链接错误
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
//C++11 强制生成默认构造
//vector() = default;
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
//memmove(_start, v._start, v.size() * sizeof(T)); //当vector<string>时存在问题
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
/*vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}*/
//类模版的成员函数可以是函数模版
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
void clear()
{
_finish = _start;
}
//vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
//{
// if (this != &v)
// {
// delete[] _start;
// _start = new T[v.capacity()];
// //memcpy(_start, v._start, v.size() * sizeof(T));//当vector<string>时存在问题
// for(size_t i = 0; i < v.size(); i++)
// {
// _start[i] = v._start[i];
// }
// _finish = _start + v.size();
// _end_of_storage = _start + v.capacity();
// }
// return *this;
//}
//vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
//{
// if (this != &v)
// {
// clear();
// reserve(v.size());
// for (auto& e : v)
// {
// push_back(e);
// }
// }
// return *this;
//}
void swap(vector<int>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
类内可以用类名替代类型：vector& operator=(vector tmp)
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start != nullptr)
{
delete[] _start;
}
_start = _finish = _end_of_storage;
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
//以下有一个坑
//void reserve(size_t n)
//{
// if (n > capacity())
// {
// //开空间
// T* tmp = new T[n];
// //拷贝数据
// memmove(tmp, _start, sizeof(T) * size());
// //释放旧空间
// delete[] _start;
// //更新数据
// _start = tmp;
// _finish = _start + size(); 注意：size()已经不再是有效数据个数了，可以通过调试观察
// _end_of_storage = _start + n;
// }
//}
void reserve(size_t n)
{
//第一种解决方法：依旧存在错误
//if (n > capacity())
//{
// T* tmp = new T[n];
// memmove(tmp, _start, sizeof(T) * size());
// delete[] _start;
// _finish = tmp + size();
// _start = tmp;
// _end_of_storage = _start + n;
//}
//第二种解决方法：依旧存在错误
/*if (n > capacity())
{
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
memmove(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_end_of_storage = _start + n;
}*/
//第三种解决方法
if (n > capacity())
{
//先保存有效数据个数
size_t old_size = size();
//开空间
T* tmp = new T[n];
//拷贝数据
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
//释放旧空间
delete[] _start;
//更新数据
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
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;
}
}
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
void push_back(const T& x)
{
//容量满了——>扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
//尾插
*_finish = x;
++_finish;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
//void insert(iterator pos, const T& x)
//{
// //容量满了——>扩容
// if (_finish == _end_of_storage)
// {
// reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
// }
// //整体后移一位
// iterator end = _finish;
// while (end > pos)
// {
// *end = *(end - 1);
// --end;
// }
// //插入数据
// *pos = x; //pos为野指针，迭代器失效
// ++_finish;
//}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//容量满了——>扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
//记录pos的相对位置防止迭代器失效
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;
}
//整体后移一位
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
//插入数据
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
T& operator[](size_t i)
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}
#endif
