C++(16)——vector的模拟实现

   前面的文章中，给出了对于string的模拟实现，本篇文章将给出关于vector的模拟实现。

目录

1.基本框架：

2. 返回值与迭代器：

2.1 返回值capacity与size:

2.2 两种迭代器iterator和const_iterator:

3. 扩容与push_back与pop_back：

3.1 扩容：

3.2 push_back:

3.3 pop_back:

4. 运算符重载[]：

测试：

5. 拷贝构造函数：

6. 运算符重载=：

7. 打印函数print_vecotr：

测试：

8. 插入insert:

9. resize(n):

10. erase:

测试：

11. 代码总览：

1.基本框架：

      对于string类，主要是针对于字符型变量这一种数据类型，但是对于vector，要同时适用于不同的数据类型，对于这一点，可以利用之前C++(10)——模板-CSDN博客中的模板参数来实现。在STL中vector的源代码中，类中的成员变量分别为start,finish,endofstorage。三个变量的类型都是迭代器。其中start表示开头，finish表示已有内容的结尾，endfostorage表示开辟空间的结尾。

   通过上述信息，可以给出vector类的基本构成：

namespace violent
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage；};
}

对于vector的构造函数，直接初始化为nullptr即可。因为三个成员变量的类型是由内置类型T*经过tppedef后的iterator，因此，三个成员变量的类型可以看作内置类型，对于内置类型的初始化，可以通过声明成员变量的同时，给缺省值来达成。即：

namespace violent
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;};
}

对于vector类的析构函数，只需要先检测start是否为空，为空则说明外部没有对实例化的对象进行操作。如果start不为空，则需要调用析构函数，对于对象进行清理。

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

2. 返回值与迭代器：

2.1 返回值capacity与size:

在上一部分说到了三个成员变量各自的意义，具体可以由下面的图形表示：

通过对于三个成员变量进行计算，可以得到空间中已有内容的长度size，空间的整体大小capacity。代码如下：

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

2.2 两种迭代器iterator和const_iterator:

同时为了方便后续使用迭代器，需要获取空间的起始地址start，空间的末尾地址end，代码表示如下：

iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}

3. 扩容与push_back与pop_back：

3.1 扩容：

对于扩容，其整体思路如下：

假设已有的空间的首地址为start，即：

如果已有的空间不满足使用需求，需要开辟大小为n的空间，则通过操作符new来开辟一块大小为n的空间，这里将这块空间命名为tmp，即：


如果start对应的空间中没有内容，即为空，则直接让start=tmp即可。

如果start的空间中存在内容，则先使用memcpy函数将内容拷贝到tmp中，再释放掉start。最后start=tmp

在上述步骤结束后，需要修订扩容后空间的finish,endofstorage。

对于同一块空间，finish=start+size()。endofstorage=start+capacity()。

但是，由于start=tmp会改变start，并且当start存在内容时会进行释放。因此上述计算方法便不再成立。应在开辟空间之前，提前算出start中已有内容的长度len，后续进行计算，即：

void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];int oldlen = size();if (_start){	memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldlen);delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + oldlen;_endofstorage = _start + n;}}

3.2 push_back:

再进行插入之前，首先需要检查空间是否已满，即finish == endofstorage，如果相等，则需要进行扩容，再进行插入。具体代码如下：

void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;}

3.3 pop_back:

原理较为简单，不进行过多叙述，只给出代码：

void pop_back(){if (size() > 0){_finish--;}}


 

4. 运算符重载[]：

与string类型中的实现方法相同，这里不过多解释，只给出代码：

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

测试：

利用下方代码对于上面给出的函数进行测试：

void test1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int>::iterator it1 = v.begin();for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;for (size_t i  = 0; i < v.size(); i++){v[i]++;cout << v[i] << ' ';}v.pop_back();v.pop_back();cout << endl;for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << ' ';}}

运行结果如下：

 

5. 拷贝构造函数：

由于类中存在指针，因此拷贝构造函数需要实现深拷贝，即：

vector(const vector<T>& x){_start = new T[x.capacity()];memcpy(_start, x._start, sizeof(T) * x.size());_finish = _start + x.size();_endofstorage = _start + x.capacity();}

通过上述代码不难发现，深拷贝就是需要将传参的对象中的内容，空间等一一赋给start。

对于上述功能，通过push_back函数也可以实现，因此，对于拷贝构造函数可以化简为以下形式：

vector(const vector<T>& x){for (auto e : x){push_back(e);}}

6. 运算符重载=：

对于上方的拷贝构造，是利用一个已有的对象去初始化另一个对象。对于运算符重载=，则是已有两个一直的对象，用一个对象去给另一个对象赋值。赋值方法与string类中的实现方法相同，这里只给出代码，不做过多解释：

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

7. 打印函数print_vecotr：

void print_vector(const vector<T>& x){cout << endl;vector<T>::const_iterator it2 = x.begin();while (it2 != x.end()){cout << *it2 << ' ';it2++;}cout << endl;for (auto e : x){cout << e << ' ';}}

测试：

利用下方的代码对于上述函数进行测试：

void test2(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int> v1 = v;for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v2;v2 = v;for (auto e1 : v2){cout << e1 << ' ';}v2.print_vector(v2);}

运行结果如下：

8. 插入insert:

对于insert，即在给出的pos位置插入给定的字符val。

在进行插入前，首先需要检测给出的位置pos是否合法。即start <= pos <= finish。

在检查结束后，需要查看是否需要扩容。随后，利用memmove函数将pos位置即以后的字符向后整体移动一位，最后在pos位置插入字符val。

对于上述步骤，需要主语，如果发生了扩容，需要提前记录pos的位置，记录的方法，需要计算出pos位置到首地址这部分的内容的长度len，即len=pos-start。如果发生了扩容，则在扩容结束后，让pos=start+len。具体代码如下：
 

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

9. resize(n):

对于resize(n)，即改变容量兼初始化：

当n <size时，需要进行缩容。此处由于不涉及扩容，因此直接改变finish为start+n即可。

当size<=n<capacity时，并不需要额外开辟空间，n后面的空间进行初始化即可

当capacity<n时，需要先扩容再初始化。这里为了方便理解以及简化代码，将后两种情况合并。

具体代码如下：

void resize(size_t n, T val = T()){if (n > capacity()){reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}else{_finish = _start + n;}}

10. erase:

erase函数为清除给定pos位置的内容，即从pos位置开始，让pos+1的内容赋值给pos。具体代码如下：

void erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);while (pos < _finish){*pos = *(pos + 1);++pos;}--_finish;}

测试：

通过下面给出的代码对上述函数进行测试：

void test2(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int> v1 = v;for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v2;v2 = v;for (auto e1 : v2){cout << e1 << ' ';}v2.print_vector(v2);}void test3(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.insert(v.begin(), 11);v.insert(v.begin(), 21);v.insert(v.begin(), 31);v.insert(v.begin(), 41);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.resize(15);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.erase(v.begin());v.erase(v.begin());for (auto e : v){cout << e << ' ';}}

运行结果如下：

 

11. 代码总览：
 

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;namespace violent
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}/*vector(const vector<T>& x){_start = new T[x.capacity()];memcpy(_start, x._start, sizeof(T) * x.size());_finish = _start + x.size();_endofstorage = _start + x.capacity();}*/vector(const vector<T>& x){for (auto e : x){push_back(e);}}void swap(vector<T> x){std::swap(_start, x._start);std::swap(_finish, x._finish);std::swap(_endofstorage, x._endofstorage);}vector<T>& operator=(vector<T> x){swap(x);return *this;}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];int oldlen = size();if (_start){	memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldlen);delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + oldlen;_endofstorage = _start + n;}}void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){if (size() > 0){_finish--;}}T& operator[](size_t pos){return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{return _start[pos];}void print_vector(const vector<T>& x){cout << endl;vector<T>::const_iterator it2 = x.begin();while (it2 != x.end()){cout << *it2 << ' ';it2++;}cout << endl;for (auto e : x){cout << e << ' ';}}void insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){int len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}memmove(pos + 1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));*pos = x;++_finish;}void resize(size_t n, T val = T()){if (n > capacity()){reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}else{_finish = _start + n;}}void erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);while (pos < _finish){*pos = *(pos + 1);++pos;}--_finish;}~vector(){if (_start){delete[]_start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;};void test1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int>::iterator it1 = v.begin();for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;for (size_t i  = 0; i < v.size(); i++){v[i]++;cout << v[i] << ' ';}v.pop_back();v.pop_back();cout << endl;for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << ' ';}}void test2(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int> v1 = v;for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v2;v2 = v;for (auto e1 : v2){cout << e1 << ' ';}v2.print_vector(v2);}void test3(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.insert(v.begin(), 11);v.insert(v.begin(), 21);v.insert(v.begin(), 31);v.insert(v.begin(), 41);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.resize(15);for (auto e : v){cout << e << ' ';}cout << endl;v.erase(v.begin());v.erase(v.begin());for (auto e : v){cout << e << ' ';}}
}

#include"vector.h"int main()
{/*violent::test1();violent::test2();*/violent::test3();return 0;
}

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