文章目录
- 前言
- vector——基本模型
- vector——迭代器模拟实现
- vector——容量函数以及push_back、pop_back
- vector——默认成员函数
- vector——运算符重载
- vector——插入和删除函数
- vector——实现过程的问题
- 迭代器失效
- memcpy的浅拷贝问题
- 总结
前言
上篇博客我们已经详细介绍了vector 以及它的各种函数还有使用方法
了解这一流程我们已经过去啦，下面就是自己模拟实现一下我们的vector
在模拟实现vector过程中，还是有很多细节要处理的
‘话不多说 fellow me
vector——基本模型
首先就是自定义一个vector类，我们把它放在自定义的空间命名域，然后给定相应的成员以及函数，像默认成员函数，还有自定义变量
构造函数，拷贝构造，析构函数，在实现这些函数前，我们先来实现一些前置函数，能让这些默认成员复用
下面是vector最初始的样子，只有自定义成员变量
namespace xxx
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator; // 因为vector 会支持迭代器访问，所以我们这里定义 T*
private:
iterator _start = nullptr; // _start , _finish 相当于vector的开头和末尾的指针
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr; // 这个带表边界 vector的容量边界
};
}
vector——迭代器模拟实现
vector支持迭代器访问，我们先来简单实现一下迭代器
// 指向数据不能修改，本身可以修改
typedef const T* const_iterator; // 普通迭代器和const迭代器
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector——容量函数以及push_back、pop_back
再来实现一下 reserve（扩容）函数 还有 resize（控制size） push_back 以及 pop_back
size_t size() const //返回大小
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const // 返回容量
{
return _end_of_storage - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t oldSize = size(); // 记住之前的size
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize); // 拷贝时，拷贝之前的 size大小的内容
delete[] _start; // 释放空间
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n; // 赋值给扩容后的vector
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size()) // 如果n 小于当前的size
{
_finish = _start + n; // 直接定义尾指针
}
else
{
reserve(n); // 直接扩容到 n
while (_finish != _start + n) // ——finish指针后移
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x) // 插入函数
{
if (_finish == _end_of_storage) // 判断当前大小 是否需要扩容
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back() // 删除函数
{
assert(_finish > _start);
--_finish; // 直接--_finish
}
vector——默认成员函数
上面这些函数实现之后，我们的默认成员函数实现起来就方便了
vector()
{}
vector(size_t n, const T& val = T()) // 这里我们实现了两个函数
{ // 一个是size_t 的 n 一个是int
resize(n, val); // 可以有效的匹配不同调用场景
} // 防止负数隐式转换
vector(int n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
vector(const vector<T>& v) // 拷贝构造函数
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
~vector() // 析构函数
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
多种构造函数，拷贝构造，析构函数，感觉都是在复用已经实现的一些函数
实现起来还是简单的
vector——运算符重载
有了前面的函数做铺垫，我们可以来实现运算符重载了，vector有点像数组一样，数组支持随机访问
那我们的vector也应该支持 [ ] 的随机访问，我这里主要实现了 [ ]运算符重载 还有赋值运算符重载
其中赋值运算符可是大有门道，复用函数在这里得到了很好的展现
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
// v1 = v3;
vector<T>& operator=(const vector<T>& v) // 正常写法
{
if (this != &v) // 判断是不是和本身一样
{
delete[] _start; // 释放this指针的_start
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr; // 再重新赋值
reserve(v.size()); // 扩容
for (auto& e : v) //插入参数
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}
// 比起正常写法，不用那么麻烦，我们直接复用库函数的swap
void swap(vector<T>& v) // 这个函数还可以用到两个对象 swap
{
std::swap(_start, v._start); // 直接把两个对象的变量交换
std::swap(_finish, v._finish);// 通过 swap 交换资源，避免手动管理内存
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
// v1 = v3;
vector<T>& operator=(vector<T> v) // 现代写法 直接复用库函数的swap
{ // 这里不传引用 传临时参数 v3是不用修改的
//this->swap(v);
swap(v);
return *this;
}
vector——插入和删除函数
最后就剩下插入和删除函数啦，其中也是有一些细节的
// 迭代器失效
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 满了就扩容，导致pos失效，失效后不能使用，更新后才能使用
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start; // 这里保留原来的长度， 在扩容之后，相当于保存了pos的位置
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);// 不然pos位置会丢失
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish - 1;
while (it >= pos)// vector内容后移
{
*(it + 1) = *it;
--it;
}
*pos = x;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)// 删除函数
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish) // vector内容前移 直接覆盖pos的位置
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
到这里vector的函数基本实现的差不多了
但是还是有一些问题的
vector——实现过程的问题
在实现插入函数时，会有扩容的操作，会导致pos发生变化，虽然已经解决，但是在程序中的迭代器会失效
引入第一个问题——迭代器失效
迭代器失效
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：
- 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用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(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 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;
return 0;
} // 程序运行会崩掉
- 指定位置元素的删除操作–erase
#include<iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}
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
int main()
{
xxx::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
// 迭代器失效
//删除所有的偶数
/*auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
++it;
}*/
//删除所有的偶数
/*auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}*/ // 前面两种删除方式都会使迭代器失效 it已经不是指向该指向的位置
// 迭代器完全体
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it); // 删除之后重新赋值迭代器 解决问题
}
else
{
++it;
}
}
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
迭代器失效的问题到这里就结束了，还有一个小问题
memcpy的浅拷贝问题
下面我们运行一下这样的程序
int main()
{
xxx::vector<string> v1;
v1.push_back("1111111111111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111111111111");
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
显示的是这样的情况，百思不得其解，一开始以为是push_back的问题，但是慢慢调试下来，push_back是没有问题的
后面发现问题出在memcpy这个函数，我们在扩容的时候，使用了memcpy
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t oldSize = size(); // 记住之前的size
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize); // 拷贝时，拷贝之前的 size大小的内容
delete[] _start; // 释放空间
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n; // 赋值给扩容后的vector
}
}
后面才知道memcpy是浅拷贝 释放空间时会多次析构，那程序不就崩溃了吗？？
重新实现了一下扩容函数
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t oldSize = size();
T* tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize); memcpy是浅拷贝 释放空间时会多次析构
for (size_t i = 0; i < oldSize; i++) // 这里直接赋值，会调用拷贝函数，那就是深拷贝了
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
完美解决
如果拷贝的是自定义类型的元素，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。
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。
下面的链接是完全体的vector模拟实现，大家有兴趣可以看看，在 vector.h 文件中
vector
总结
在模拟实现vector过程中，使用了 size_t 和 int 版本的 构造函数，避免了负数隐式转换的风险，确保类型安全
在实现赋值重载时，通过复用库函数的swap，通过 swap 交换资源，避免手动管理内存
在迭代器失效方面，深究文档，慢慢找出解决的办法，迭代器失效还是能处理的
最后就是memcpy是浅拷贝，要注意memcpy的使用场景，注意内存的多次析构问题和泄漏
模拟实现下来，还是发现了很多问题的，慢慢解决出现的问题，慢慢提升自己的debug能力，加油
今天就到这里啦，不要走开，小编持续更新中~~~~
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