低头赶路，敬事如仪
目录
1、模拟vector
1.1底层结构
1.2构造析构
1.3尾插扩容
1.4迭代器
1.5增删查改
1.6模拟中的注意事项
2、vector模拟补充
2.1迭代器区间构造问题
2.2memcpy深浅拷贝问题
2.3动态二维数组的模拟及遍历
1、模拟vector
想要模拟实现自己的vector，得知其所以然！
分析一下STL源码里的vector底层成员变量
可以看到是三个迭代器类型成员变量，迭代器类型是什么呢？
经过typedef的底层指针，而T类型是模版类的参数。
大致框架如图：
1.1底层结构
根据我们刚才所查看的源码，我们要使用三个迭代器，要使用迭代器，我们可以使用指针进行模拟。
namespace xc
{
//设置成模板 兼容各种参数 但是不能分离编译否则链接错误
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
private:
iterator _start = nullptr;//指向容器开始
iterator _finish = nullptr;//指向有效数据下一个位置
iterator _end_of_storage = nullptr;//指向空间容量的下一个位置
};
}写出三个迭代器（指针）后，我们可以接着实现构造函数：需要初始化三个迭代器，所以我们给予初始值nullptr。然后进行开辟空间。
1.2构造析构
实现常用的构造析构以及赋值重载
/* vector()
{}*/
//C++11 强制生成默认构造
vector() = default;
//优先匹配构造函数，防止非法的间接寻址问题
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(long long n, const T&val = T())
{
reserve(n);
for (long long i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//类模板的成员函数还可以继续是函数模板
template<class InputIterator> //写成模板是为了兼容所有容器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
// v1(v)
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
void clear()
{
_finish = _start;
}
v1=v
//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<T>&v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
//现代写法 V1=v
vector<T>& operator=(const vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[]_start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}1.3尾插扩容
想要实现尾插的操作，根据之前的经验，可以知道需要复用一些常用的简单接口（size() capacity() reserve() 等）
size_t size()const { return _finish - _start; }
size_t capacity()const { return _end_of_storage - _start; }
bool empty()const { _start == _finish; }
//void reserve(size_t n)
//{
// if (n > capacity())
// {
// T* tmp = new T[n];
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T));
// delete[]_start;
// _start = tmp;
// _finish = _start + size();//这是错误的 _start 已经是扩容后的 start了 而size调用的是 finish - start
// //解决方法 可以先更新 finish 或者记录一下 size的值
// _end_of_storage = _start + n;
// }
//}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, size()*sizeof(T));
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}
void reseize(size_t n, T val = T())//内置类型也具有的构造析构等函数行为 但是并没有概念
{
if (n < size())
{
_finih = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finsh < _start+n)
{
*_finish++ = val;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
//扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish++ = x;
}注意：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。
1.4迭代器
所需要实现的迭代器其实很简单，对指针 typedef 即可
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; }实现了简单的迭代器，我们可以测试一下 迭代器遍历和范围for遍历
void test_vector1()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(1);
v.push_back(1);
v.push_back(1);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
这里我们为了后续方便封装一个打印函数
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
vector<T>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
}可是这居然报错
为什么呢？没有实例化的类模板里面取东西，编译器是分不清 const_iterator 是静态成员变量还是类型的，在前面加一个 typename 显示告诉编译器是类型即可
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
}1.5增删查改
void insert(iterator pos, const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
iterator end = _finish;
while (pos < end)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}看起来没什么问题，但是存在着迭代器失效的风险
pos仍指向原来的空间！记录相对位置，修正一下pos即可
void insert(iterator pos, const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;//记录相对位置
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish;
while (pos < end)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}值得注意的是STL里的 insert有返回值！
这是为什么呢？还是防止迭代器失效的一种措施。
void test_vector2()
{
vector<int>v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
print_vector(v);
/* v.insert(v.begin() + 1, 10);
print_vector(v);*/
int x;
cin >> x;// x==2
auto pos = find(v.begin(), v.end(), x);//没找到返回 last 左闭右开区间
if (pos != v.end())
{
v.insert(pos, 40);//pos 可以理解为下标位置 也可以理解为原来位置数据前面插入一个数据
print_vector(v);
(*pos) *= 10;//期望将x乘以10 但是是插入的40*10 并没有指向原来的数据
//归为迭代器失效一类
}
print_vector(v);
}
如果这里还发生了扩容呢？？就是将push的5给删掉
这是什么鬼？我们不是已经修正了pos的位置吗？显然这里的p已经失效了！形参是无法改变实参的，我们修正了pos，但是影响不了p
传const 引用过去影响实参。但不是常量引用的话 ，下面代码会报错！
因为函数调用返回的参数是临时变量，且临时变量具有常性。
而事实上加了const引用里面的pos就无法修正了！我们的思路错了，STL的操作是加一个返回值 （返回的是新插入数据的下标）
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish && pos >= _start);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;//记录相对位置
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish;
while (pos < end)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
所以 insert后不能再访问find 的 p 想要访问得更新！
增删查改：
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish && pos >= _start);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;//记录相对位置
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish;
while (pos < end)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish && pos >= _start);
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
size_t find(T val = T())
{
for (auto it = _start; it < _finish; it++)
{
if (*it == val)
{
return it - _start;
}
}
return -1;
}
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i)const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}1.6模拟中的注意事项
- 规定：类模板在没有实例化时，迭代器无法读取！编译器不能区分这里const_iterator是类型还是静态成员变量。要想解决：第一可以在前面加上typename用来证明这里是类型；第二用auto，让编译器判断为类型
- 内置类型是没有构造函数的概念，但为了兼容模板（T val = T( ) ），可以被视为具有默认构造函数的行为
void reseize(size_t n, T val = T())//内置类型具有的构造析构等函数行为，并没有对应概念
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start+n)
{
*_finish++ = val;
}
}
}- c++11中有强制生成默认构造的操作，即使类中已有其他构造函数，也能强制生成。eg：vector( ) = default
- 类里面可以用类名替代类型（特殊化），类外面规定：类名不能代表类型
//类里面可以用类名替代类型（特殊化）
//vector & operator=(vector v)
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}- 类模板的成员函数，还可继续是函数模板
//类模板的成员函数还可以继续是函数模板
template<class InputIterator> //写成模板是为了兼容所有容器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}2、vector模拟补充
2.1迭代器区间构造问题
//C++11 强制生成默认构造
vector() = default;
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//类模板的成员函数还可以继续是函数模板
template<class InputIterator> //写成模板是为了兼容所有容器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}这个是对迭代器区间进行的构造函数，思路很简单，把迭代器区间的数据依次尾插就可以了（这里之所以另外使用一个新的模版，而不是使用vector类的模版，是为了兼容其他容器类型）。这样就可以通过一个现有的类型来构造容器。
但是出乎意料的是出现了一个问题： C2100 非法的间接寻址 （编译层面的问题） 。非法的间接寻址的造成原因有很多：
- 空指针引用：当一个指针没有被初始化或者为NULL时，对它进行间接寻址操作会导致非法访问。
- 野指针引用：当一个指针超出了它所指向的内存范围，或者已经被释放但仍然被引用时，进行间接寻址操作也会导致非法访问。
- 类型不匹配：如果试图将指针转换为不兼容的类型进行间接寻址，也会导致非法访问。
为什么报错在迭代器构造呢？因为编译器会寻找最合适的函数，但是这里与我们期望所违背！！
为了解决编译器选择的问题，可以多枚举几个构造函数：
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(long long n, const T&val = T())
{
reserve(n);
for (long long i=0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}这样可以做到优先匹配vector(int n,T val = T());，我们的问题也就解决了。
2.2memcpy深浅拷贝问题
我们测试一下自定义类型的vector（这里以string为例）：
void vector_test6() {
vector<string> v1;
v1.push_back("11111");
v1.push_back("22222");
v1.push_back("33333");
v1.push_back("44444");
//再次插入扩容
v1.push_back("55555");
print_vector(v1);
}
程序崩溃了
分析：
<1> memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中
<2> 如果拷贝的是内置类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃
解决方法：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, size()*sizeof(T));//浅拷贝
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];//自定义类型的话 也是会调用自定义类型的赋值重载
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}
2.3动态二维数组的模拟及遍历
结构框架图：
//二维数组
vector<int>v(3, 1);
vector<vector<int>>vv(5, v);
vv[2][1] = 2;
//与上述等价 vv.operator[](2).operator[](1) = 2;
for (size_t i = 0; i < vv.size(); i++)
{
for (size_t j = 0; j < vv[i].size(); j++)
{
cout << vv[i][j] << ' ';
}
cout << endl;
}
cout << endl;
for (auto it = vv.begin(); it != vv.end(); it++)
{
for (auto jt = (*it).begin(); jt != (*it).end(); jt++)
{
cout << *jt << ' ';
}
cout << endl;
}
cout << endl;
auto it1 = vv.begin();
/*auto it2 = (*it1).begin();*/
while (it1 != vv.end())
{
auto it2 = (*it1).begin();//更新it2 指针在堆上分配，所以可以看见内存不是连续分配的
while (it2 != (*it1).end())
{
cout << *it2 << ' ';
it2++;
}
cout << endl;
it1++;
}
cout << endl;
for (auto row : vv)
{
for (auto column : row)
{
cout << column << ' ';
}
cout << endl;
}
cout << endl;应用：杨辉三角
// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5
void test2vector(size_t n)
{
// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>
vector<vector<int>> vv(n);
// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
vv[i].resize(i + 1, 1);
// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
}构造一个vv动态二维数组，vv中总共有n个元素，每个元素 都是vector类型的，每行没有包含任何元素，n为5时如下所示：
