一、成员变量
template<class T>
class Myvector{
typedef T *iterator; //[1]
typedef const T *const_iterator;
private:
iterator _start; //指向存存储空间的开头 //[2]
iterator _finish; //指向实际存储元素的下一个位置
iterator _end_of_storage; //指向存储空间结尾的下一个位置
public:
size_t size()const{
return _finish-_start;
}
size_t capacity()const{
return _end_of_storage-_start;
}
};
解释：
- [1] 对于顺序表迭代器就是指向其内部元素的指针。
- [2] 下面是其结构示意图：
二、遍历访问
2.1 iterator
iterator begin(){
return _start;
}
iterator end(){
return _finish;
}
const_iterator begin() const{
return _start;
}
const_iterator end() const{
return _finish;
}
2.2 operator[ ]
T& operator[](size_t pos){
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
三、四个默认构造函数
3.1 构造
Myvector()
:_start(nullptr), //[1]
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{}
Myvector(size_t n, const T &val = T()) //[2]
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
resize(n, val);
}
//上一个函数的重载函数
Myvector(int n, const T &val = T()) //[3]
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
resize(n, val);
}
解释：
- [1] 构造函数必须要先将3个迭代器置空，否则在reserve开空间时会出现访问野指针的问题。
- [2] 第二个参数用T类型的匿名对象做缺省值，相当于去调默认构造。生成的匿名对象具有常性需用const引用。
- [2] 由此可以看出，我们自己定义的类是一定要提供默认构造的，否则会出现一些问题。
- [2] 由于模版的出现，C++对内置类型进行了升级，内置类型也具有默认构造。内置类型的默认构造会将其初始化为0
- [3] 重载该函数的目的是为了解决和函数
Myvector(input_iterator first, input_iterator last);的调用冲突问题。 - [3] 例如：
Myvector v1(10, 5);如果没有该重载函数，由于10(int)与size_t(unsigned int)类型不匹配，需要进行类型转换。所以编译器会优先匹配Myvector(input_iterator first, input_iterator last);，将10和5解释成迭代器，从而访问非法空间造成程序崩溃。
3.2 拷贝构造
//迭代器区间拷贝构造：
template<class input_iterator> //[1]
Myvector(input_iterator first, input_iterator last)
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(last-first);
while(first!=last)
{
*_finish = *first;
++_finish;
++first;
}
}
// 传统写法：
Myvector(const Myvector<T> &v)
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(v.size());
for(size_t i = 0; i<v.size(); ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
}
// 复用写法：
Myvector(const Myvector<T> &v)
:_start(nullptr), //[3]
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
Myvector tmp(v.begin(), v.end()); //[2]
swap(tmp);
}
//交换函数：
void swap(Myvector<T> &v){
std::swap(_start,v._start);
std::swap(_finish,v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
解释：
- [1] 将此函数写成模版，是为了兼容各种容器的迭代器。使vector可以拷贝构造各种容器的数据。
- [2] 复用迭代器区间拷贝构造，先构造出临时对象tmp，再与构造对象交换数据（浅交换）
- [2] 之后tmp析构，而构造对象也得到了拷贝数据。
- [3] 注意：交换前要先将构造对象的三个迭代器置空，否则析构tmp时会因释放野指针而崩溃。
3.3 赋值重载 & 析构
Myvector<T>& operator=(const Myvector<T> &v){
Myvector tmp(v); //[1]
swap(tmp);
}
~Myvector(){
delete[] _start;
}
- [1] 复用拷贝构造实现赋值重载。
四、容量操作
4.1 reserve
void reserve(size_t n){
if(n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if(_start!=nullptr)
{
//memcpy(tmp, _start, sz * sizeof(T)); //[1]
for(size_t i = 0; i< sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz; //[2]
_end_of_storage = _start + n;
}
}
解释：
- [1] 此处不能使用memcpy拷贝数据，当模版类型T是自定义类型且涉及动态内存申请时（如string或list），memcpy只能进行浅拷贝。
- [1] 应该逐元素调用赋值重载，以实现多层深拷贝。下文有二维动态数组的深拷贝问题的详解。
- [2] 扩容后开辟新空间，释放旧空间。_finish和_end_of_storage也要根据长度计算新地址，否则就成了野指针。
4.2 resize
void resize(size_t n, const T &val = T()){
if(n > size())
{
reserve(n);
for(size_t i = size(); i<n; ++i)
{
_start[i] = val; //[1]
}
}
_finish = _start + n; //[2]
}
解释：
- [1] 对于自定义类型元素此处调用赋值重载。
- [2] 当n > size()，_finish向后移动；当n<=size()，_finish向前移动；
五、增删查改
5.1 push_back & pop_back
void push_back(const T &val){
if(_finish == _end_of_storage)
{
size_t n = capacity() == 0? 5:capacity()*2;
reserve(n);
}
*_finish = val;
++_finish;
}
void pop_back(){
assert(_finish != _start);
--_finish;
}
5.2 insert
iterator insert(iterator pos, const T &val){
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish); //[1]
if(_finish == _end_of_storage)
{
size_t n = capacity() == 0? 5:capacity()*2;
size_t len = pos-_start;
reserve(n);
pos = _start+len; //[2]
}
iterator end = _finish - 1;
while(end >= pos)
{
*(end+1) = *end;
--end;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos; //[3]
}
解释：
- [1] 当pos == _finish时，表示尾插数据。
- [2] 扩容重开空间后，pos仍指向旧空间的地址成了野指针（迭代器失效）。因此需要根据长度重新计算位置。
- [3] insert插入数据pos迭代器可能失效，因此要返回重新计算后的pos迭代器（指向新插入的数据），并在函数调用处接收返回值，才可继续进行插入操作。
5.3 erase
iterator erase(iterator pos){
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator tmp = pos+1; //[1]
while(tmp < _finish){
*(tmp-1) = *tmp;
++tmp;
}
--_finish;
//if(size() < capacity()/2) //[2]
//{
//......
//缩容--以时间换空间
//}
return pos; //[3]
}
解释：
- [1] 这个过程是在向前挪动数据覆盖要删除的数据。
- [2] 不排除个别版本的erase会进行缩容操作，此处重新开辟内存空间，pos迭代器也有可能失效，因此同样需要重新计算。
- [3] 返回被删除元素的后一个元素。
六、关于vector的两个问题
6.1 迭代器失效问题
在所有偶数前插入此数的10倍 ：
//错误写法：
void Test1(){
int arr[] = {1,2,3,4,5};
Myvector<int> v1(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
Myvector<int>::iterator it = v1.begin();
while(it != v1.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
v1.insert(it, (*it) * 10); //返回值指向新插入的数据
}
++it;
}
for(int e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
此时可能出现以下两种迭代器失效的情况，从而引起程序崩溃：
//正确写法：
void Test1(){
int arr[] = {1,2,3,4,5};
Myvector<int> v1(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
Myvector<int>::iterator it = v1.begin();
while(it != v1.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
it = v1.insert(it, (*it) * 10); //接收返回值，解决情况1
it+=2; //从偶数的下一个数据开始重新判断，解决情况2
}
else
{
++it;
}
}
//......
}
删除数列中所有的偶数：
//错误写法：
void Test2(){
int arr[] = {1,2,3,4,5};
Myvector<int> v1(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
Myvector<int>::iterator it = v1.begin();
while(it != v1.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it); //返回值指向被删除元素的后一个元素
}
++it;
}
for(int e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果：
解释SGI版结果：
- 第一种情况看似正常运行，实则是因为数据排列的偶然性。
- 第二种情况程序崩溃。是因为最后一个数是偶数，删除之后又++it错过了_finish，最终导致越界访问程序崩溃。
- 第三种情况程序可以运行但结果不对。是因为删除第一个2之后++it错过了第二个2。
//正确写法：
void Test2(){
int arr[] = {1,2,2,3,4,4,4};
Myvector<int> v1(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
Myvector<int>::iterator it = v1.begin();
while(it != v1.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it); //返回值指向被删除元素的后一个元素
}
else{
++it;
}
}
//......
}
结论：
- 使用insert/erase插入或删除pos位置数据之后。一定要接收返回值更新pos位置，如果直接访问可能因扩容而遇到野指针问题。
- 要明确insert/erase返回值指向的位置，并对返回更新后的pos进行适当调整以继续插入或删除操作。
6.2 二维动态数组的深拷贝问题
以上一节提到的题目杨辉三角（【STL模版库】vector的介绍及使用3.2）为例，如果我们要拷贝其计算得到的结果：
void Test1(){
Myvector<Myvector<int>> ret = Solution().generate(5); //拷贝构造
for(size_t i = 0; i<ret.size(); ++i)
{
for(size_t j = 0; j<ret[i].size(); ++j)
{
cout << ret[i][j] << " ";
}
cout << endl;
}
}
ret是Myvector<Myvector>类型的二维数组，那么多层深拷贝是如何进行的呢？
运行结果：
