C++ vector 模拟实现

vector的底层也是一个动态数组，他与 string 的区别就是，string 是专门用来存储字符类数据的，为了兼容C语言，使用C语言的接口，在string的动态数组内都会都开一块空间用来存 \0  ，而vector则不会。

首先我们要知道的就是，vector是一个类模板，他的内存管理是使用空间配置器，我们就简单点直接使用new和delete来管理内存。其他的一些接口什么的，vector与string差别不大，vector有的string基本都有，实现起来我们也挑一些重点来实现。而对于vector的成员变量，我们则不是采用string的一个指针两个整型的实现，而是使用三个迭代器，_start,_finish,_end_of_storage，这是参考Linux的库的实现，而我们实现vector时迭代器就直接使用的原生的指针。

_start 迭代器是数组的开头，_finish是最后一个数据的下一个位置，_end_of_storage指向的是申请的内存块的下一个位置。

使用三个迭代器的实现，在后续需要挪数据的时候会很方便。

无参构造函数与析构

无参构造不用说，很简单也没什么含量，都初始化为空指针就行了

		vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}

完成了无参构造函数之后，我们先去实现其他的一些基本的函数，最后再来解决其他的三个构造

析构函数就是释放_start指向的空间

        //析构~vector(){delete[]_start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}

size与capacity和判空

size与capacity的实现其实很简答，我们之前学过数组中同类型指针相减，得到的是这两个指针之间的该类型的数据的个数，于是我们就可以用这三个迭代器来得到size和capacity

	    //sizesize_t size()const{return _finish - _start;}//capacitysize_t capacity()const{return _end_of_storage - _start;}//判空bool empty()const{return _start == _finish;}

方括号的重载与at

vector由于还是动态数组实现的，所以我们还是支持直接是用下标访问的方式，所以方括号重载的实现还是有必要的，方括号重载的越界检查我们直接使用assert暴力检查，库里面实现的就是assert。同时at的功能虽然和方括号一样，但是他和方括号的区别在于 ： 1 方括号是运算符重载，而at是普通的成员函数。2 越界的检查不一样，方括号的越界检查使用assert，而at是抛异常，我们可使用vs的库试一下

由于我们还没学习异常。也直接用assert判断就行了。同时，由于有普通对象和const对象的访问，返回的引用的权限不一样，所以我们需要实现两个版本

		//普通对象  [ ]reference operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}//const对象 [ ] const_reference operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}//普通对象 atreference at(size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}//const对象 atconst_reference at(size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}

对于下标为pos位置的数据的访问，我们可以直接使用 _start[pos]来访问，等价于*(_start+pos)

由于vector也就是普通的数组的比较是没有意义的，所以一般只重载[ ] 和=

swap

为什么要实现swap呢？

首先vector的库里面是有swap的，用于交换两个对象的数据，但是算法库里面也有swap，

他们的区别在于，算法库里的swap有三次拷贝构造，如果要交换的是两个自定义类型的对象，代价很大，而我们的类里面的成员函数swap，我们可以使用算法库的swap对对象里的成员变量进行交换，避免了深拷贝。

//swapvoid swap(rvector<T>& v){//要使用算法库里面的swap要指定命名空间域，否则会优先匹配当前命名空间的swap函数std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}

同时我们实现swap也是为了下面的拷贝构造和赋值重载做准备

赋值重载

vector的赋值重载显然是深拷贝，我们有一种很简洁的代码写法来完成这个深拷贝，就是利用拷贝构造，我们可以传值传参，将我们的this与生成的临时的形参进行交换

而当v2不为空时也是一样的，无非就是将这临时对象与当前对象的空间换了一下，出作用域之后，临时对象指向的空间就被释放了，不会影响外面等号右边的变量。

        //赋值重载vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}

push_back和pop_back

尾插的实现就很简单了，首先检查是否扩容，然后直接在 _finish位置插入数据并且更新 _finish就行了。而尾删的操作则是判断是否为空，然后直接 -- _finish 就行了。

		void push_back(const_reference x){if (_finish == _end_of_storage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);}*_finish = x;;++_finish;//insert(beign(),x);//复用insert}void pop_back(){assert(size()>0);--_finish;}

拷贝构造

我们需要考虑当 T 为需要深拷贝的自定义类型这种情况，要做深层次的深拷贝。

如果数据只是内置类型或者只需要浅拷贝的自定义类型的话，我们就只需要memcpy就行了，但是如果是需要深拷贝的数据的话，比如 vector<vector<int>> ，数据类型是 vector<int> ，需要深拷贝，如果只是简单的memcpy

	//如果只是内置类型或者浅拷贝自定义类型//先扩容reserve(v.capacity());//函数内部会修改_end_of_storage//直接内存拷贝memcpy(_start,v._start,v.size()*sizeof(T));_finish = _start + v.size();

我们发现这时候两个对象虽然是不同的空间，但是里面的 vector<int> 数据指向的空间是同一块，这其实还没有达到我们想要的深拷贝。

对于我们来说目前也没有什么更好的解决方法，可以利用上面实现的赋值重载，赋值重载去对每一个数据都深拷贝，

//拷贝构造vector(const vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){//先扩容reserve(v.capacity());//或者先扩size，再使用赋值重载进行深拷贝_finish = _start + v.size();for (size_t i = 0; i < size(); ++i){_start[i] = v[i];}}

同时，拷贝构造完成之后，不管再多层，他们都有对应的拷贝构造，但是可能有人会对这里的赋值重载产生疑惑，认为赋值重载的前提是实现拷贝构造，而我们这里的拷贝构造又用了赋值重载，会不会递归死循环了，其实是不会的，就比如这里的vector<vector<int>> ，会生成 vector<int> 和vector<vector<int>>的模板，而在vector<vector<int>>中拷贝构造的赋值重载是属于 vector<int>实例出来的赋值重载，而这个赋值重载调用的是 int 的拷贝构造，也就是内置类型的传值调用，所以这里的逻辑是没有问题的，拷贝构造和赋值重载的互相调用会在内置类型（或者浅拷贝的自定义类型）停下来，然后回归。总之就是 赋值重载的深拷贝是调用 T 类型的拷贝构造

reserve

reserve函数与string一样，只会扩容，不会缩容，同时不会改变size。但是扩容之后需要解决将原空间的数据拷贝到新空间的问题，我们可以直接使用指针来进行边界控制。

但是同时，我们也要考虑 数据类型是需要深拷贝的自定义类型的情况，比如 vector<vector<int>> ，如果只是单纯的memcpy，也会造成浅拷贝的问题，也就是原空间的 vector<int>对象与新空间的vector<int>对象指向相同的内存空间，当时放掉原空间之后，新空间指向的内存也被释放掉了。

解决方法还是跟上面的深拷贝一样，使用数据自身的赋值重载来拷贝，虽然效率低了点，但是能确保不会出问题。

迭代器相关

		//迭代器iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const iterator cbegin(){return _start;}const iterator cend(){return _finish;}

insert和erase

		iterator insert(iterator pos, const_reference x=val_type())//缺省值{//检查越界assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//第一次插入pos==_finish  同时要支持尾插//检查是否扩容if (_finish == _end_of_storage){//扩容之后pos就失效了，所以要记录pos的相对位置size_t pos_index = pos - _start;size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());reserve(newcapacity);//更新pospos = _start + pos_index;}//挪动数据 从后往前，往后挪数据iterator end = _finish;while (end != pos){*end = *(end - 1);--end;}//更新_finish++_finish;//插入新数据*pos = x;//返回插入的数据的迭代器return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);//挪数据覆盖iterator begin = pos+1;while (begin < _finish){*(begin - 1) = *begin;begin++;}//返回删除的下一个数据return pos;}

insert和erase都要注意迭代器失效的问题，比如insert的时候，如果扩容了，那么传过来的pos指向的空间就可能已经被释放了，所以要更新pos指向新空间的该元素的位置，同时，正常来说insert之后，函数外面的pos就不能用了，因为我们是传值的，函数内更新了pos不会影响函数外的pos，这时候如果我们要更新函数外面的pos，可以insert返回心得pos的值。  erase也是一样的，因为erase可能是删除最后一个数据，这时候pos的位置就是_finish 了，虽然pos没有出我们开辟的内存空间，但是在我们看来，它指向finish就已经算是越界了，不能继续使用，同样，要在函数外面更新pos也是用erase的返回值更新。

resize

		//resizevoid resize(size_t n, val_type x = val_type())//缺省参数{//扩容检查if (n > capacity()){reserve(n);}//是否需要加数据if (n > size()){while (_finish < _start + n){*_finish=x;++_finish;}}}

剩下的两个构造函数

一个是迭代器区间来构造初始化。为什么这里的构造函数是模板呢？ 因为我们可能不是使用vector<T>的数据结构来初始化我们的对象，也可能是用其他的数据结构比如链表等的数据来初始化vector，这也是可以的，只要传迭代器区间就可以

		template<typename InputIterator>vector(InputIterator begin, InputIterator end){//push_back就行了while (begin != end){push_back(*begin);++begin;}}

还有n个val初始化，这里我们需要注意的是，我们不能做到跟库里一样，n的参数类型要用int，为什么呢？ 

		//n个val初始化vector(int n, T val){for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}

比如我们可以这样构造 vector<int> v(10,5) 这时候，如果我们的n的类型是size_t 的话，由于编译器会把 10 和5 识别为 int 类型，这时候传给构造函数的两个参数都是 int ，如果去匹配这个构造函数的话， n 还需要进行整型提升。而如果去匹配上面的迭代器区间的模板，因为模板的只有一个参数类型，两个迭代器区域间都是一样的类型，所以不用进行隐式类型转换，因此他与迭代器区间的构造函数更加匹配，编译器就会去调用迭代器区间的构造函数，这时候就会出问题。 有两种解决方法，一种就是我们上面写的，但是这样做就与库不一致了 。另外一种就是我们不要使用原生的指针作为迭代器的类型，这种方法我们目前还不会用

完整代码


namespace MY_vector
{template<typename T>class vector{public:typedef T val_type;typedef T& reference;typedef const T& const_reference;typedef T* iterator;//无参构造vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}//析构~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage=nullptr;}//sizesize_t size()const{return _finish - _start;}//capacitysize_t capacity()const{return _end_of_storage-_start;}//emptybool empty()const{return _start == _finish;}//尾插void push_back(val_type x){ /*//检查扩容if (_finish== _finish){size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());reserve(newcapacity);}//插入数据*_finish = x;++_finish;*/insert(begin(), x);}//尾删void pop_back(){assert(!empty());--_finish;}iterator insert(iterator pos, const_reference x=val_type())//缺省值{//检查越界assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//第一次插入pos==_finish  同时要支持尾插//检查是否扩容if (_finish == _end_of_storage){//扩容之后pos就失效了，所以要记录pos的相对位置size_t pos_index = pos - _start;size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());reserve(newcapacity);//更新pospos = _start + pos_index;}//挪动数据 从后往前，往后挪数据iterator end = _finish;while (end != pos){*end = *(end - 1);--end;}//更新_finish++_finish;//插入新数据*pos = x;//返回插入的数据的迭代器return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);//挪数据覆盖iterator begin = pos+1;while (begin < _finish){*(begin - 1) = *begin;begin++;}//返回删除的下一个数据return pos;}//[ ] 重载reference operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const_reference operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}//atreference at(size_t pos){assert(pos<size());return _start[pos];}const_reference at(size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}//swapvoid swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}//= 重载vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}//扩容 reservevoid reserve(size_t n){if (n > capacity()){iterator tmp = new val_type[n];//记录原来的数据个数，用来更新_finishsize_t oldsize = size();//判断是否需要挪数据if(_start) //_start!=nullptr{for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i){tmp[i] = _start[i];}//释放原空间 delete[]_start;}//更新迭代器_start = tmp;_finish = _start + oldsize;_end_of_storage = _start + n;}}//拷贝构造vector(const vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){//先扩容reserve(v.capacity());//或者先扩size，再使用赋值重载进行深拷贝_finish = _start + v.size();for (size_t i = 0; i < size(); ++i){_start[i] = v[i];}}//resizevoid resize(size_t n, val_type x = val_type())//缺省参数{//扩容检查if (n > capacity()){reserve(n);}//是否需要加数据if (n > size()){while (_finish < _start + n){*_finish=x;++_finish;}}}//迭代器iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const iterator cbegin(){return _start;}const iterator cend(){return _finish;}template<typename InputIterator>vector(InputIterator begin, InputIterator end){//push_back就行了while (begin != end){push_back(*begin);++begin;}}//n个val初始化vector(int n, T val){for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};//测试一维void test1(){vector<int>v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);vector<int> v2(v1);vector<int>v3;v3.resize(8);v3 = v1;v3.reserve(10);v2.pop_back();v2.pop_back();v2.pop_back();v2.pop_back();//v2.pop_back();//v2.pop_back();//v2.pop_back();v3.insert(v3.begin(), 6);v3.insert(v3.begin(), 6);v3.insert(v3.end()-1, 6);v3.insert(v3.end() - 1, 6);v3.insert(v3.end(), 6);v3.insert(v3.end(), 6);for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : v2){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : v3){cout << e << " ";}cout << endl;}//测试二维void test2(){vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<vector<int>> vv1;vv1.push_back(v);vv1.push_back(v);vv1.push_back(v);vv1.push_back(v);vv1.push_back(v);vector<vector<int>> vv2(vv1);vv2.pop_back();vv2.pop_back();vector<vector<int>> vv3;vv3.resize(2);vv3.reserve(6);vv3.push_back(v);vv3.push_back(v);vv3 = vv1;vv3.push_back(v);vv3.push_back(v);cout << "vv1" << endl;for (auto ev : vv1){for (auto e : ev){cout << e << " ";}cout << endl;}cout << "vv2" << endl;for (auto ev : vv2){for (auto e : ev){cout << e << " ";}cout << endl;}cout << "vv3" << endl;for (auto ev : vv3){for (auto e : ev){cout << e << " ";}cout << endl;}}
}

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