【C++之容器篇】造轮子：模拟实现vector类

news2024/11/16 22:23:08

目录

    • 前言
    • 一、项目结构
      • 1. vector的简介
      • 2. 项目结构
    • 二、vector的底层结构
    • 三、默认成员函数
      • 1. 构造函数
        • (1)无参构造函数
      • 2. 拷贝构造函数
      • 3. 析构函数
      • 4. 赋值运算符重载函数
    • 四、迭代器
      • 1. 普通对象的正向迭代器
      • 2. const 对象的正向迭代器
    • 五、容量接口
      • 1. size()
      • 2. capacity()
      • 3. reserve()
      • 4. resize()
    • 六、元素访问接口
      • 1. operator[](size_t pos)
        • (1)const T& operator[](size_t pos)
        • (2)const T& operator[](size_t pos) const
      • 2. at(size_t pos)
        • (1)T& at(size_t pos)
      • 3. front()
      • 4. back()
    • 七、修改接口
      • 1. push_back(const T& x)
      • 2. pop_back()
      • 3.iterator insert(iterator pos,T val = T()))

前言

vector本质就是一个支持顺序存储数据，并且容量支持修改得到顺序表。但是vector的底层结构实现相比于之前实现的string来说略有不同。string中的底层结构是通过一个指针数组和两个变量来标识数组中数据的变化。vector是通过三个迭代器来标识上述过程。

一、项目结构

1. vector的简介

在这里插入图片描述

2. 项目结构

这个项目有两个文件，一个是test.cpp文件，另一个是vector.h文件。test.cpp文件主要是用来测试实现的vector的代码逻辑。vector.h文件主要是模拟实现vector的代码逻辑。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

二、vector的底层结构

  1. 效果图：
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述

  2. 代码实现

namespace hjt
{
	// 实现vector
	template <class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

	private:
		iterator _start;// 指向存储的第一个有效数据
		iterator _finish;// 指向存储的最后一个有效数据的下一个位置
		iterator _endofstorage;// 指向能够存储的最后一个位置的下一个位置
	};
}

代码中是通过三个迭代器来实现底层的。

  • _start：指向存储的第一个有效数据
  • _finish：指向存储的最后一个有效数据的下一个位置
  • _endofstorage： 指向能够存储的最后一个位置的下一个位置
    其实这个实现方法和string中的实现方法其实差不多，相当于_start表示空间的起始地址，_finish表示有效数据的个数，_endofstorage表示vector的实际容量。

三、默认成员函数

1. 构造函数

在这里插入图片描述

(1)无参构造函数

  • 代码
	// 无参构造函数
		vector()
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{}
  • 练习：
int main()
{
	hjt::vector<int> v1;
	hjt::vector<char> v2;
	hjt::vector<double> v3;
	hjt::vector<string> v4;
	return 0;
}

分析：v1表示一个存储int类型的vector对象，v2表示一个存储char类型的vector对象，v3表示一个存储double类型的vector对象，v4表示一个存储string类型对象的vector对象。

2. 拷贝构造函数

3. 析构函数

4. 赋值运算符重载函数

四、迭代器

1. 普通对象的正向迭代器

在这里插入图片描述

  • 代码：
// 普通迭代器
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
  • 代码：使用

2. const 对象的正向迭代器

  • 代码：
// const迭代器
		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

五、容量接口

1. size()

  • 代码：
		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

2. capacity()

  • 代码：
 		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

3. reserve()

  • 代码：
// 扩容
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
					delete[]_start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

4. resize()

  • 测试代码：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

	v.resize(100,6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

  • 测试代码2：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

	v.resize(3, 6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

  • 测试代码3：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.reserve(60);
	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;
	
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.resize(50, 6);
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "size:" << v.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v.capacity() << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

六、元素访问接口

1. operator[](size_t pos)

(1)const T& operator[](size_t pos)

  • 代码：
	T& operator[](size_t pos)
		{
			return _start[pos];
		}
  • 测试代码：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

(2)const T& operator[](size_t pos) const

  • 代码：
	const T& operator[](size_t pos) const
		{
			return _start[pos];
		}
  • 测试代码：

2. at(size_t pos)

(1)T& at(size_t pos)

  • 代码：
		T& at(size_t pos)
		{
			return _start[pos];
		}
  • 测试代码：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v.at(i) << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

3. front()

  • 代码：
// front
		T& front() const
		{
			return *_start;
		}

4. back()

  • 代码：
// back()
		T& back() const
		{
			return *(_finish - 1);
		}

测试：

int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	cout << "front:" << v.front() << endl;
	cout << "back:" << v.back() << endl;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

七、修改接口

1. push_back(const T& x)

  • 代码：
// 尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				// 需要进行扩容
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}
			*_finish = x;
			_finish++;
		}
  • 测试：
// 测试尾插
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	hjt::vector<int>::iterator vit = v.begin();
	while (vit != v.end())
	{
		cout << *vit << " ";
		vit++;
	}
	cout << endl;

	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

2. pop_back()

  • 代码：
// 尾删
		void pop_back()
		{
			assert(_finish > _start);
			_finish--;
		}
  • 测试代码：
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	hjt::vector<int>::iterator vit = v.begin();
	while (vit != v.end())
	{
		cout << *vit << " ";
		vit++;
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;


	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
没有数据继续删除：
在这里插入图片描述

3.iterator insert(iterator pos,T val = T()))

  • 代码：
// insert()
		iterator insert(iterator pos, T val = T())
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				// 扩容
				// 如果需要进行扩容，注意更新迭代器，否则会导致迭代器失效
				size_t n = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + n;
			}

			// 挪动数据
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				end--;
			}

			// 插入数据
			*pos = val;
			_finish++;
			return pos;
		}
  • 测试代码1：头插+尾插
// 测试insert
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	v.insert(v.begin(), 10);
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.insert(v.end(), 10);
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • 测试代码2：在偶数前插入66
// 在偶数前面插入66
int main()
{
	hjt::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	hjt::vector<int>::iterator vit = v.begin();
	while (vit != v.end())
	{
		if (*vit % 2 == 0)
		{
			vit = v.insert(vit, 66);
			vit++;
		}
		vit++;
	}

	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

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