STL讲解——模拟实现vector
vector深度剖析
在STL源码中，发现vector定义的并不是 start、size、capacity，而是start、finish、end_of_storage.
这样就可以得到size()和capacity()。
size=finish-start
capacity=end_of_storage-start
扩容可能是本地扩容也可能是异地扩容，但大约是扩容1.5倍-2倍（vs是扩容1.5倍，g++是2倍）
设计一个框架
namespace tom
{
template<class T>
class vector
{
public:
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
}
//一个类模板的成员函数，又可以是一个函数模板（套娃，可以在模板类里面再上增加模板类）
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
}
这里设计的构造函数和拷贝构造一定要初始化列表（把所有的成员都初始称nullptr），不初始化的话就是随机地址这样没法正常赋值和析构。
析构函数一定要用delete[ ] start；不要忘记‘[ ]’
查一下std::vector的构造函数有哪些。发现有迭代器实现的，可以初始化的，还有拷贝构造。
我们也添加一下
namespace tom
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(NULL)
, _endofstorage(NULL)
{
}
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);
}
}
//一个类模板的成员函数，又可以是一个函数模板（套娃，可以在模板类里面再上增加模板类）
template <class InputIterator>
vector<T>(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
void swap(vector& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//vector(const vector& v) 这样写也可以的
vector<T>(const vector<T>& v)//回顾一下，拷贝构造和复制构造不用加<T>.
:_start(nullptr)//一定要初始化，不然会给随机值，析构随机地址会报错的
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
_start = new T[v.capacity()];//经典写法
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
memcpy(_start, v._start, v.size() * sizeof(T));
}
//vector& operator=(vector v)
vector<T>& operator=(vector<T> v)//推荐写这个，好理解
{
swap(v);
return *this;
}
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;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
}
还设计了size（）与capacity（）。
注意：
1、构造函数重载是如果只有一个vector(size_t n, const T& val = T()) 和 vector(InputIterator first, InputIterator last)是不行的，比如vector v1(16,5);时这该怎么办？调用哪一个呢？编译器会直接调用迭代器调用的，因为构造函数的两个参数的类型完全一致。这个时候我们要再重载一个vector(int n, const T& val = T())的就不会出现这种情况了。
2、可以在模板类里面再上增加模板类，一个类模板的成员函数，又可以是一个函数模板。
3、我们要写一个赋值构造就需要运算符重载一下 ‘=’ 不然会出现浅拷贝（自定义类型涉及到资源开辟就会析构报错）。
4、还可以用拷贝构造，复制构造可以用现代写法，因此我们也要重载一个内部 swap( )函数，可以减少三次深拷贝。
增、删、查、改
迭代器
iterator begin()
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
有了迭代器就方便后面的循环与增删查改了
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
int old_size=size();
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t new_capacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(new_capacity);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
if (_start < _finish)
{
--_finish;
}
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish==_endofstorage)//必须这么写，不然会pos迭代器失效
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity()==0?4:capacity()*2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish;//必须写在扩容后面，因为另开辟空间，会更改finish
while (end > pos)
{
*(end) = *(end-1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)//会引发迭代器失效
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator start = pos+1;
iterator end = _finish;
while (start < end)
{
*(start - 1) = *start;
++start;
}
--_finish;
return pos;
}
增
第一个问题就是扩容问题：
设计一个resize（），在设计一个reserve（）函数进行扩容，第一个可以扩容+初始化，第二个只是单纯扩容。
在这里用的是memcpy进行拷贝。扩容的时候要记得记录一下原来的size大小，如果原地扩容还好，异地扩容就会有天然之别，换了换了所有的地址，这时候start、finish、endofstorage都要更改.
resize可以复用一下reserve函数，然后再初始化赋值。
接下来就是设计push_back()、insert(pos,x)函数，先判断是否超出capacity，如果超出就进行扩容（1.5-2倍）。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
int old_size=size();
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_endofstorage = _start + n;
}
}
insert（）函数先检查容量，容量不够扩容，再移动数据，如果空间足够直接移动数据。但是要记得一件事，有可能会出现迭代器失效的。
插入时时迭代器失效
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
tom::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效
auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 30);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
在pos位置插入数据，导致pos迭代器失效。
insert会导致迭代器失效，是因为insert可
能会导致增容，增容后pos还指向原来的空间，而原来的空间已经释放了。
于是乎pos变成了野指针，无法在pos处插入数据。
要随时更新pos的位置，先设置一个变量len记录pos到start的距离，最后再将pos更新，返回值设为pos就好。
删
删除也会出现迭代器失效问题
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
tom::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]))
// 实现删除v中的所有偶数
// 下面的程序会崩溃掉，如果是偶数，erase导致it失效
// 对失效的迭代器进行++it，会导致程序崩溃
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
以上的函数就会出现问题甚至崩溃：有两个连续的偶数时就会出现漏删，当有偶数结尾时就会出现崩溃。
it(pos每次都会++)，是偶数时finish每次–，这样最后pos超过了finish就会失效，一直跑下去知道崩溃，那可不可以用pos<finish呢？还是不行，这是为了以后和list的迭代器用法统一，以为listNode没法比较地址大小。
要怎么修改呢，第一要实时更新pos，第二要控制pos++（遇到偶数不加，奇数就++）；
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
memcpy拷贝的局限
假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？
int main()
{
bite::vector<bite::string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}
问题分析：
- 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
- 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy即高效又不会出错，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。
修改代码
因为讲了memcpy只能进行浅拷贝，我用vector时是没什么问题的，可是vector就会出现很严重的问题，会引发析构报错。
这时我们要运算符重载一下‘=’
赋值构造就用现代写法
vector<T>& operator=(vector<T> v)//推荐写这个，好理解
{
swap(v);
return *this;
}
reserve()需要修改,扩容就一步一步拷贝。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
for (int i = 0; i < size(); i++)
{
*(tmp + i) = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_finish = tmp + size();//先定义finish，不要换顺序
_start = tmp;
_endofstorage = _start + n;
}
}
resize()复用reserve的不用改，修改代码也不能用memcpy，直接一个一个赋值拷过去。
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
就解决了浅拷贝的问题了。不管是插入还是删除都不能用memcpy（）都要用赋值拷贝一个一个传。
拷贝构造也要改造一下：
vector<T>(const vector<T>& v)//回顾一下，拷贝构造和复制构造不用加<T>.
:_start(nullptr)//一定要初始化，不然会给随机值，析构随机地址会报错的
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
/*_start = new T[v.capacity()];//经典写法
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
memcpy(_start, v._start, v.size() * sizeof(T));*/ //memcpy是一种浅拷贝（vector<string> 就死定了），不能用
/*for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)//用这个就可以深拷贝了
{
_start[i] = v._start[i];
}*/
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());//现代写法
swap(tmp);
}
增加细节
vector还有一个运算符重载‘[ ]’
这个很重要
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
还要设计一个const类型的。
反向迭代器就到list我们再细讲
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