🌇个人主页：_麦麦_
📚今日小句：快乐的方式有很多种，第一种便是见到你。
目录
一、前言
二、vector的介绍及使用
2.1 vector的介绍
2.2 vector的使用
2.2.1 vector的定义（构造函数）
2.2.2 vector迭代器的使用
2.2.3 vector 空间增长问题
2.2.3vector增删查改
2.2.4 vector迭代器失效问题
三、vector的模拟实现
3.1成员变量与构造函数
3.2 insert与reverse
3.3 析构函数
3.4 【】的重载
3.5 insert
3.5 erase
3.6 pop_back
3.7 resize
3.8 其他构造
3.9 赋值重载
四、全部代码
五、结语
一、前言
今天为大家带来vector的介绍和模拟实现，文章若有不足之处，欢迎大家给出指正！
二、vector的介绍及使用
2.1 vector的介绍
1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
2. 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
3. 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是 一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
4. vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增 长。
6. 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list 统一的迭代器和引用更好。
2.2 vector的使用
2.2.1 vector的定义（构造函数）
| （construct）构造函数声明 | 接口说明 |
| vector() | 无参构造 |
| vector(size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造并初始化n个val |
| vector(const vector& x) | 拷贝构造 |
| vector((InputIterator first, InputIterator last) | 使用迭代器进行初始化构造 |
2.2.2 vector迭代器的使用
| ieterator的使用 | 接口说明 |
| begin+end | 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置 的iterator/const_iterator |
| rbegin+rend | 获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator |
对于正向迭代器来言，通过begin（）和end（）获得的区间是一个左闭右开的区间，也就是end（）所返回的迭代器指向的vector的最后一位有效数据的下一位
对于反向迭代器，我们知道通过它我们能够反向的遍历vector这个容器，但是它的实现并不只是简单地将正向迭代器头尾进行交换，通过上图我们也能够发现，具体的原因和实现我们会在下面的模拟实现为大家娓娓道来。
2.2.3 vector 空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取容量大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize | 改变vector的size |
| reserve | 改变vector的capacity |
首先，我们要知道的是对于vector的这个容器，当我们在进行插入数据，并不需要手动扩容，因为它会自动的根据容器中_size和_capacity两者的比较来判断在插入数据前容器是否已满，如果已满就会将该容器扩容，但具体的扩容大下则是根据不同的编译环境有着不同的实现，有的是按照1.5倍_capacity来进行扩容，有的则是按照2倍_capacity来进行扩容。
其次，除了vector自行的扩容会对vector的容量进行改变，它还提供了两个与容器大小有关的接口resize和reserve来供我们使用。对于前者，按字面意义来说就是改变vector的_size。当我们使用这个函数的时候大抵会面对三种种情况：1.输入量>容量 2.有效数据<输入量<容量 3.输入量<有效数据。
对于第一种情况，编译器便会对当前容器进行扩容的操作。而对于第二情况，由于当前容器的capacity能够满足我们对size的需求，就会在当前有效数据后填补我们所输入的数据至size。最后一种情况的下，由于我们输入的size小于有效数据，那么我们便要减小有效数据的数量至输入的_size。
最后呢，是reserve这一个接口。它最主要的作用就是能够帮助我们开辟空间，以减少容器的不断扩容，需要注意的一点是当我们的输入容量小于目前容量时，一般情况下，编译器并不会将多余的容量的进行释放。这是因为当我们释放空间的时候，只能释放一整块空间，而不能释放一块空间的一小部分。否则代价会极大。
ps：reserve负责开辟空间，而resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size
2.2.3vector增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| find | 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口） |
| insert | 在position之前插入val |
| erase | 删除position位置的数据 |
| swap | 交换两个vector的数据空间 |
| operator[] | 像数组一样访问 |
2.2.4 vector迭代器失效问题
迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了 封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器， 程序可能会崩溃)。 对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：
①会引起其底层空间改变的操作，都可能使迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等
②指定位置元素的删除操作-erase。erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。
注：与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
//底层空间改变引起的迭代器失效
void text_1()
{
vector<int> v(10, 5);
auto it = v.begin();
//将有效元素个数增加到150个，多出的位置用2来填充，操作期间底层会扩容
//v.resize(150, 2);
//reserve的做优就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
//v.reserve(150);
//插入元素期间可能引起扩容，而导致原空间被释放
//v.push_back(8);
//v.insert(v.begin(), 8);
//给vector重新赋值，可能会引起的层容量改变
v.assign(150, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
赋值即可。
*/
while (it != v.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl;
}
//使用erase导致的迭代器失效
void text_2()
{
vector<int> v = {1,2,3,4,5};
auto it = find(v.begin(), v.end(), 4);
v.erase(it);
cout << *it << endl;
}
int main()
{
//text_1();
text_2();
return 0;
}三、vector的模拟实现
3.1成员变量与构造函数
当我们最开始了解一个容器的时候，最先研究的就是它的成员变量与构造函数，所以当我们在模拟实现的时候，自然也是从此开始着手。
首先是vector的成员变量，它的成员变量可是与string是不一样的，string是一个char*的指针加上size和capacity，而vector的则是由三个迭代器组成，分别是指向起始位置，有效数据的下一位，存储的最大容量。
然后是构造函数，我们会模拟实现常见的三种构造函数，分别是无参的构造，n个值的构造以及一段迭代器区间构造。至于其中涉及的函数，会在下面具体介绍，
代码如下：
namespace mine
{
template <class T>
class vector
{
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
private:
iterator _start=nullptr;
iterator _finish=nullptr;
iterator _endofstorage=nullptr;
};
}
3.2 insert与reverse
在能够能够成功创建出一个vector对象，接下来就是实现数据的插入了 ，我们先来实现最简单的尾插。 在进行数据的尾插之前，我们第一步要做的就是检查当前容器的容量，如果容量已满，那么我们就需要对当前的容器进行扩容，也就是reverse的操作。
具体代码如下：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
size_t i = 0;
while (i != size())
{
tmp[i] = _start[i];
++i;
}
delete[] _start;
/* if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size());
delete[] _start;
}*/
_start = tmp;
_finish = tmp + sz;
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = (_start == nullptr ? 4 : 2 * (_finish - _start));
reserve(newcapacity);
}
//插入数据
*_finish= x;
++_finish;
}
3.3 析构函数
对于vector的析构函数，我们只需要将申请的空间释放，并将成员变量定义为空指针即可，具体代码如下：
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
3.4 【】的重载
对于vector来说，它也重载了【】操作符，我们只需对_start迭代器进行处理即可得到我们想要的数据。
具体代码如下：
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}3.5 insert
由于vector的存储空间是连续的，因此当我们进行数据插入的时候，尾插的效率是最高的，当然，有时我们也不可避免的会遇到头插或者在中间插入数据的情况。于是便提供了insert的这个接口。
在本节中我们实现的是在指定位置位置插入一个有效数据，那么在实现这个成员函数的时候倘若一不小心，就会碰到我们在前面讲过的迭代器失效的问题。为什么会迭代器失效呢，因为当我们在进行数据的插入时，如果容器内的数据已满，就需要进行扩容的操作，那么扩容之后，传进来的迭代器位置就有可能并不指向容器位置，因而导致了迭代器失效。那么为了解决这个问题，当我们在扩容之后，就需要重新对传进来的迭代器进行一个重新的赋值，保证其仍指向容器的数据。为了做到这一点，我们需要的便是在进行扩容之间先记录pos迭代器的相对位置。
具体实现如下：
void insert(iterator pos ,const T& x)
{
assert(pos >=_start && pos<=_endofstorage);
size_t dis = pos - _start;
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = (_start == nullptr ? 4 : 2 * (_finish - _start));
reserve(newcapacity);
//避免pos迭代器失效
pos = _start + dis;
}
//插入数据
{
size_t len = _finish-pos;
T* end = _finish;
//挪动数据
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
//插入数据
*pos = x;
++_finish;
}3.5 erase
在实现完vector的插入和尾插后，那么当我们想要删除某些数据的时候，就要用到erase这个函数了，在这面我们实现的仅仅是简单地删除指定位置的一个有效数据。
对于erase而言，也会面临的pos迭代器失效的问题，当我们删除的是尾部最后一个数据的时候，那么面对这样的情况，我们的解决方法就是给erase函数增加一个返回值，返回值是指向删除数据的下一个数据的迭代器，那么当我们在使用这个函数的时候只要去接受这个返回值来对pos进行更新就不会出现迭代器失效的问题了。
具体代码如下：
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator tmp = pos + 1;
while (tmp != _finish)
{
*(tmp - 1) = *tmp;
++tmp;
}
--_finish;
return pos;
}3.6 pop_back
在实现完erase后，尾删的话我们只需要复用这个函数即可，对尾部的迭代器进行--即可实现尾删的功能。
具体代码如下：
void pop_back()
{
erase(end()-1);
}3.7 resize
在实现完reverse之后，紧随其后的就是resize。在前面我们已经提到了，在对vector进行resize的时候我们会面临三种情况：1.输入量>容量 2.有效数据<输入量<容量 3.输入量<有效数据。
对于第一种情况，编译器便会对当前容器进行扩容的操作。而对于第二情况，由于当前容器的capacity能够满足我们对size的需求，就会在当前有效数据后填补我们所输入的数据至size。最后一种情况的下，由于我们输入的size小于有效数据，那么我们便要减小有效数据的数量至输入的_size。
具体实现如下：
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;
}
}
}3.8 其他构造
在前面较为基础的构造之外，接下来我们来实现vector的其他构造。
首先是拷贝构造，一种是传统的写法，就是开好空间后，利用memcpy将另一个对象拷贝过去，另一种则是复用尾插，将数据一个个插入进去。对于前者的话会存在一个浅拷贝的问题，vector中存储的是内置类型的话，memcpy是没有问题的，但是如果是自定义类型的话就会存在一个浅拷贝的问题，这是由于memcpy是按字节进行拷贝的，为了解决这个问题，我们在进行扩容的的时候，就不能再使用memcpy的方式来拷贝数据，而是通过赋值的方式来调用自定义类型的赋值重载，这样就实现了深拷贝。
然后是n个值来初始化vector，思路大致就是复用我们已经写好的resize就可以了
最后就是用一段迭代器区间来初始化vector，实现起来主要就是在用一个类模板，不过在实际当我们在使用n个值来初始化vector的时候，会出现匹配的歧义，它会与迭代器的这个构造更加匹配，因此面对匹配歧义这个问题，我们可以再重载一个n个值来初始化的构造函数，只需要将前面的类型修改为int即可。
具体代码如下：
//传统写法
vector(const vector& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
size_t n = 0;
while (n != size())
{
*(_start + n) = *(v.begin() + n);
++n;
}
}
//复用写法
vector(const vector& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
vector(int n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}3.9 赋值重载
在实现vector的赋值重载我们依旧可以采取像前面string的类似方法，通过与形参交换成员变量来达到赋值拷贝的效果。
具体代码如下：
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> v)
{
swap(v);
return *this;
}四、全部代码
#pragma once
#include <assert.h>
namespace mine
{
template <class T>
class vector
{
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
vector(int n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
size_t i = 0;
while (i != size())
{
tmp[i] = _start[i];
++i;
}
delete[] _start;
/* if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size());
delete[] _start;
}*/
_start = tmp;
_finish = tmp + sz;
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = (_start == nullptr ? 4 : 2 * (_finish - _start));
reserve(newcapacity);
}
//插入数据
*_finish= x;
++_finish;
}
void insert(iterator pos ,const T& x)
{
assert(pos >=_start && pos<=_endofstorage);
size_t dis = pos - _start;
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = (_start == nullptr ? 4 : 2 * (_finish - _start));
reserve(newcapacity);
//避免pos迭代器失效
pos = _start + dis;
}
//插入数据
{
size_t len = _finish-pos;
T* end = _finish;
//挪动数据
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
//插入数据
*pos = x;
++_finish;
}
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator tmp = pos + 1;
while (tmp != _finish)
{
*(tmp - 1) = *tmp;
++tmp;
}
--_finish;
return pos;
}
void pop_back()
{
erase(end()-1);
}
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;
}
}
}
//传统写法
/* vector(const vector& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
size_t n = 0;
while (n != size())
{
*(_start + n) = *(v.begin() + n);
++n;
}
}*/
//复用写法
vector(const vector& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}
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> v)
{
swap(v);
return *this;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start=nullptr;
iterator _finish=nullptr;
iterator _endofstorage=nullptr;
};
void print(const vector<int>& v)
{
for (auto e : v)
{
cout << e<<' ';
}
cout << endl;
}
}五、结语
到此为止，关于vector的讲解就告一段落了，至于其他的内容，小伙伴们敬请期待呀！
关注我 _麦麦_分享更多干货：_麦麦_-CSDN博客
大家的「关注❤️ + 点赞👍 + 收藏⭐」就是我创作的最大动力！谢谢大家的支持，我们下期见！
