[c++]—vector类___提升版(带你了解vector底层的运用）

我写我 不论主谓宾 可以反复错

🌈vector的介绍 

  • 1.vector是表示可变大小数组的序列容器
  • 2.就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素，也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理
  • 3.本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
  • 4.vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的
  • 5.因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长
  • 6.与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好

模拟实现的时候，这里是指针。 

💻vector的构造与析构

那我们现在敲个构造和析构函数吧。

  • 不需要任何初始化的构造，用这种方法初始化，size和capacity都是0，后续需要插入就会扩容。这种初始化方式也是最容易实现的
模拟实现vector(){}
//因为vector类中的private成员中，已经给了初始值，如果不初始化，会默认给的nullptr初始值。

  • 两个参数，第一个参数是size_t类型，第二个参数是const T& val = T()，T是模板，10个空间都会被初始化为字符a
std::vector<char> v(10,'a');
---
模拟实现vector(size_t n, const T& val = T()){resize(n, val);}
  • 给你一个区间，根据这个区间进行初始化，当然，这个区间要是迭代器类型
std::string a = "abcdef";
std::vector<char> v(a.begin(),a.end());
---
模拟实现template<typename InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}//在这个构造函数中，使用了两个模板参数typename InputIterator。这是因为区间可以用不同类型的迭代器进行表示，例如，可以是普通指针、容器的迭代器、自定义类型的迭代器等。这两个模板参数允许我们灵活地适应不同种类的迭代器，并使用相应的逻辑来处理区间的元素。
  • 当然还有一个构造函数，这个构造函数是为了和第三个构造函数做一个区分，当两个参数都是int类型的时候。
模拟实现
vector(int n, const T& val = T())
{resize(n, val);
}
//如果两个参数都是int，C++会自动的寻找与类型最匹配的构造函数，这样找到的不是第三个构造函数，是第四个，因为InputIterator是一个迭代器类型，与int类型不匹配，不额外写一个就会出错。

 后面的函数实现后，我会进行测试。

🕶️析构 

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

💻vector拷贝构造和赋值

🕶️拷贝构造

	//拷贝构造vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];//开辟一个空间//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());for (int i = 0; i < v.size(); i++){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}

🕶️赋值

//赋值//v1=v2//这里我用现代写法void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}
用于交换的函数，传参传的是一个临时变量，会先执行构造函数，然后将v和this进行交换，再返回，执行完之后，会进行析构函数，这个时候就会把临时变量给释放。vector<T>& operator= (const vector& v){swap(v);}

💻begin和end(迭代器)

  • begin：一个指向第一个元素的迭代器
  • end：一个指向最后一个元素的下一个位置的迭代器
typedef T* iterator;typedef const T*const_iterator;//begin和enditerator begin(){return _start;}iterator end(){return _end;}//上面可以改const_iterator begin()const{return _start;}const_iterator end()const{return _end;}//加const就不可以修改了

💻size和capacity

//size和capacitysize_t size()const{return _finish - _start;}size_t capacity()const{return _endofstorage - _start;}

💻empty和clear

  • empty是一个判断是否为空的函数
  • clear是用来清空容器数据的函数
//empty和clear/*empty是一个判断是否为空的函数clear是用来清空容器数据的函数*/bool empty(){return _start == _finish;}void clear(){_start = _finish = nullptr;}

💻reserve和resize 

这两个都是扩容的函数，具体作用和string里的一样。

  • reserve中的参数如果比capacity大，就进行扩容，如果比capacity小，可不理会.

//reservevoid reserve(size_type n){if (n > capacity()){int sz = size();T* tmp = new T[n];if (_start){for (size_t i = 0; i < sz; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endofstorage = _start + n;}}
  • resize中的参数如果比capacity大，则进行扩容，并将扩容的部分赋值为val，反之，进行缩容，也就是原地减小

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

💻insert和erase 

🕶️insert

如果_finish=_endofstorage，那么就得扩容，扩容之后是在新的空间进行的，，所以我们要保留pos的值，防止迭代器失效的问题出现，然后前一个值给后一个值。 

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);// 解决pos迭代器失效问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}

 🕶️erase

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

💻运算符重载[]

vector是一个顺序容器，支持快速的访问，也就是支持下标访问。

T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}

💻尾插尾删

🕶️push_back和pop_back

	//尾插void push_back(const T& x){/*if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;++_finish;*/insert(end(), x);}//尾删void pop_back(){erase(--end());}

🍭vector底层实现代码

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<assert.h>namespace cl
{template <class T> // generic templateclass vector{public:typedef T* iterator;typedef const T*const_iterator;//begin和enditerator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin()const{return _start;}const_iterator end()const{return _finish;}//构造函数vector(){}vector(size_t n, const T& val = T()){resize(n, val);}template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);first++;}}vector(int n, const T& val = T()){resize(n, val);}//拷贝构造vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];//开辟一个空间//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());for (int i = 0; i < v.size(); i++){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}//析构~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}}//赋值//v1=v2//这里我用现代写法void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}vector<T>& operator= (const vector& v){swap(v);}//size和capacitysize_t size()const{return _finish - _start;}size_t capacity()const{return _endofstorage - _start;}//empty和clear/*empty是一个判断是否为空的函数clear是用来清空容器数据的函数*/bool empty(){return _start == _finish;}void clear(){_start = _finish = nullptr;}//reservevoid reserve(size_t n){if (n > capacity()){int sz = size();T* tmp = new T[n];if (_start){for (size_t i = 0; i < sz; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endofstorage = _start + n;}}//resizevoid resize(size_t n, const T& val = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish != _start + n){*_finish = val;_finish++;}}}//insert和eraseiterator 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);// 解决pos迭代器失效问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}//eraseiterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}//尾插void push_back(const T& x){/*if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;++_finish;*/insert(end(), x);}//尾删void pop_back(){erase(--end());}private:iterator _start=nullptr;iterator _finish=nullptr;iterator _endofstorage=nullptr;};}

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