波奇学C++：实现一个简单的vector以及避开雷

news2024/11/26 18:35:18

vector的文档：vector - C++ Reference (cplusplus.com)​​​​​

 什么是vector？

vector是数组。vector空间连续，可变大小，可存放自定义类型。

vector简单的使用

vector<int> v; //int型实例化
v.push_back(1);//插入数据
v.push_back(2);
v.push_back(3);
for (auto x : v)//访问vector元素
{
	cout << x << endl;

}

与vector相比string可以兼容c语言，有专用函数

vector初始化的特殊用法

 其实用了vector的迭代器初始化。

 说明vector的迭代器底层就是指针，和string一样。

vector的构造,析构函数

namespace myvector
{
	template<class T>
	class vector
	{
		typedef T* iterator;
	public:
		//无参构造
		vector()
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{
			
		}
        vector(size_t n, const T& val = T())
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			resize(n, val);
		}
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
        // 析构
        ~vector()
		{
			if (_start)
			{
				delete[] _start;
			}
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}
		
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

 vector的底层有_start，_finish,_endofstorage三个迭代器来实现size()表示存储数据个数，capacity()表示存储空间。

vector支持不同类型的迭代器因此在模板里面又用了模板InputIterator。

注意vector::v(10,1)会报错，而vector::v(10u,1)没问题，根本原因是10，1都是int型类型相同，会调用迭代器初始化，而10u是size_t型，会适配 vector(size_t n, const T& val = T())。

拷贝构造

vector(const vector<T>& v)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
	reserve(v.capacity());
	for (auto e : v)
	{
		push_back(e);
	}
}

不要使用memcpy,当T为自定义类型时，会导致对象的浅拷贝(reserve)同理。

如图：会直接将string对象拷贝过去导致两个vector指向同一个空间。

 解决方法:

void reserve(size_t n)
{
	size_t sz = size();
	size_t ca = capacity();
	if (ca < n)
	{
		iterator tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
			for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[] _start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + sz;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

通过赋值重载会实现深拷贝，来实现效果。

 

巧妙的赋值=

void swap(vector<T>& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
	swap(v);
	return *this;
}

这是一种巧妙的方式，注意=的参数是传值，会调用拷贝构造，这个拷贝构造的v出了作用域会自动析构，不用手动释放。

Iterator

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
    return _start;
}
const_iterator begin()const
{
	return _start;
}
const_iterator end()const
{
    return _finish;
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
	return _start[pos];
}
iterator end()
{
	return _finish;
}

const_iterator可以应用到下面的场景

void print(const vector<int>v)
{
	for (auto x : v)
	{
		cout << x;
	}
}

Capacity

size_t size()
{
    return _finish - _start;
}
size_t capacity()
{
    return _endofstorage - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
	size_t sz = size();
	size_t ca = capacity();
	if (ca < n)
	{
		iterator tmp = new T[n];
	    if (_start)
		{
			for (size_t i = 0; i < this->size(); i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[] _start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + sz;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

reserve的经典错误

原因：reserve只是开空间，capacity=10，而size没有改变，v[i]会把i和size()进行比较。

Insert实现

 迭代器失效：当vector扩容时，调用的insert/erase函数的迭代器可能失效。

 如图当在pos处insert一个数值时，空间异地扩容，_start迭代器指向一个新的空间，pos迭代器可能还指向旧空间，变成野指针，同理erase如果导致异地缩容，pos指针也可能变成野指针。

 insert的错误写法：

	void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
		}

正确写法：

iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
                // 保存相对位置
				size_t len = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
                //更新pos
				pos = _start + len;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
			return pos;
		}

用len保存了相对位置，在扩容后更新pos的位置，函数的实参的pos也会失效，所以返回一个指向新位置的pos来更新。

myvector::vector v;
v.insert(v.begin()+1,1);//pos可能失效

不能通过引用的方式来取代返回值iterator的解决方案。

原因：因为begin()的返回值是常值，不是引用，那么常引用也不行因为pos要更新，如果begin()函数也不能返回引用，因为_start是private中的变量，不应该能被修改。begin()迭代器指向的值应该可以被修改，所以也不能begin()也不能返回常引用。

Erase实现

iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos < _finish);
	iterator it = pos + 1;
	while (it != _finish)
	{
		*(it - 1) = *it;
		++it;
	}
	--_finish;
	return pos;
}

resize实现

void resize(size_t n, const T& val = T())
{
	if (n < size())
	{
		_finish = _start + n;
	}
	else
	{
		reserve(n);
		while (_finish != _start + n)
		{
			*_finish = val;
			++_finish;
		}
	}
}

注意第二个参数缺省值是调用构造函数，那么这其实说明C++11中内置类型数据(int,double)升级成了对象。(怎么有python那味？)

完整代码

#include <string.h>
#include<assert.h>
namespace myvector
{
	template<class T>
	class vector
	{
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
	public:
		//无参构造
		vector()
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{
			
		}
		vector(size_t n, const T& val = T())
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			resize(n, val);
		}
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			/*_start = new T[v.capacity()];
			memcpy(_start, v._start,sizeof(T)*v.size());
		

			_finish = _start + v.size();
			_endofstorage = _start + v.capacity();*/
			reserve(v.capacity());
			for (auto e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _start;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _finish;
		}
		const T& operator[](size_t pos)const
		{
			return _start[pos];
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
		size_t size()
		{
			return _finish - _start;
		}
		size_t capacity()
		{
			return _endofstorage - _start;
		}
		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}
		T& operator[](size_t n)
		{
			return *(_start + n);
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			size_t sz = size();
			size_t ca = capacity();
			if (ca < n)
			{
				iterator tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
					for (size_t i = 0; i < this->size(); i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}
		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			if (n < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_finish != _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
		}
		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
				pos = _start + len;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
			return pos;
		}
		void push_back(const T& val)
		{
			/*if (_endofstorage == _finish)
			{
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
			}
			*_finish++ = val;
			*/
			insert(_finish, val);
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos < _finish);
			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

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