【C++】手把手教你模拟实现 vector

目录

一、构造/析构/拷贝

1、构造函数

1️⃣无参的构造函数

2️⃣带参的构造函数

3️⃣类模板的构造函数

2、析构函数

3、拷贝构造

二、修改操作

1、reserve

【错误版本】

🌟【解答】正确版本

2、resize

3、push_back

 4、pop_back 

5、insert

6、erase

三、遍历

1、operator [ ]

2、迭代器

 3、范围for

四、完整代码

一、构造/析构/拷贝

迭代器是一种新型类型，需要自己定义。成员变量是三个迭代器类型的数据，_start 指向数据块的开始，_finish 指向有效数据的最后，_endOfStorage 指向储存容量的最后。 

1、构造函数

1️⃣无参的构造函数

将成员变量初始化为空即可。

 2️⃣带参的构造函数

提前开辟空间，插入初始化定值。

因为不知道初始化值的类型，所以用匿名对象T()。

初始化之后才能使用 push_back 。

3️⃣类模板的构造函数

 但此时会产生非法的间接寻址

🌟【解答】

解决方法就是 提供一个 int 版本的重载类型：

2、析构函数

首先判断一下_statr是否为空指针，如果为空指针那就不用释放了；不为空指针说明还有数据，需要释放，将指针都置空。

 3、拷贝构造

【类和对象之拷贝构造】：对C++拷贝构造做了一个详细的介绍。
vector 必须调用深拷贝，利用memcpy函数将数据按照字节的方式将 _start 指向的数据一个一个拷贝到 this 指向的空间里，此时就可以成功拷贝。但是当 vector<string> 类型的数据扩容时，会有隐藏的深拷贝。因为此时拷贝的数据是 vector<int> 类型的，即内置类型，内置类型使用memcpy按照字节的方式拷贝是没有问题的。但 string 类是自定义类型的，使用 memcpy 就不能拷贝成功了。所以在拷贝自定义类型的数据时，我们不能使用 memcpy ，可以使用赋值，string 类的赋值就是在异地开辟一块空间，再将数据拷贝过去。vector 的深拷贝可以参考【浅谈 vector 深拷贝】

二、修改操作

1、reserve

功能是预留空间，主要用来扩容。

【步骤】

当数据实际大小大于容量时，就要开始扩容；

在异地开辟一块大小为n的空间；

使用memcpy将原数据拷贝过来，释放原空间；

更新_finish和_endOfStorage。

【错误版本】

会发现程序实际运行起来会崩溃，这是为什么呢？ 

🌟【解答】正确版本

size（）函数返回 _finish - _start 的值。但是上一步我们已经将 tmp 赋值给了 _start ，所以

size（）函数不能成功运行，因此我们可以提前保存 size（）数值。

2、resize

功能是开辟空间并初始化。 一般来说，初始化的值是缺省值，不给定的时就使用缺省值初始化（通常默认是用0），给定值时就用这个值初始化。但是这里不可以用0初始化，因为不一定为vector<int>类型，还可能是其他类型。所以这里给的是T()。

T() 本质是一个匿名对象，会自动调用默认构造。对于自定义类型，就会调用默认构造；内置类型没有构造函数。但因为有了模板，内置类型升级了，也有了类似构造函数，就比如int i=int()。这里默认int()是0，而int j=int(1)，这里给j初始化的就是1了。

resize()可以分成三种情况：

① n<size()时，直接删除数据。

②第二种size()<n<capacity(),这种情况也不需要扩容，直接将多余的初始化即可，

③n>capacity，扩容并初始化

3、push_back

功能：尾插一个数据

步骤：先判断是否有足够空间，如果没有要扩容；

将需要插入的数据放入_finish;

_finish增加；

 4、pop_back 

功能：尾删一个数据

步骤：finish 向前移一位，注意finish边界问题。

使用empty（）函数

5、insert

 功能：插入一个元素

步骤：

相比较 string 类的 insert，这里vector就不太一样了，因为string中的insert使用的还是下标，而这里使用的是迭代器。在pos位置插入val；

首先需要判断 pos 的位置是否合法；

判断是否需要扩容，如果需要扩容要更新pos的位置，这里涉及到迭代器失效的问题。；

将 pos 后的数据向后移一位，在 pos处插入 val；

6、erase

功能：删除一定的数据。但是会涉及到迭代器失效的问题。解决方法就是利用返回值，将 erase 删除位置的下一个元素的位置返回回去，这样it就会更新成被删除元素的的下一个位置。具体细节可以参考【vector 迭代器失效】

首先判断pos位置是否合法
③挪动数据，将pos位置覆盖。从前往后挪动。
④挪动完后，将finish往前挪动。
⑤返回pos，这里返回的是被删除数据的下一个元素的位置。

三、遍历

1、operator [ ]

2、迭代器

 3、范围for

【运行代码】

【vector 常用接口】

四、完整代码

namespace zhou
{//这里的vector实现需要使用模板，因为vector就是用模板实例化出各种类型的vector；template<class T>class vector{public://迭代器是一种新型类型，需要自己定义；typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector():_start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){}vector(size_t n, const T& val = T()):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}//vector<int> v(10, 5); 如果调用  n是无符号，T 是 int，会发生类型转换// 编译器就会自动调用模板构造函数，int类型不能解引用，就报错了//类模板的成员函数使用模板，就可以不限制类型template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());//一个一个赋值for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endOfStorage = _start + v.capacity();}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()){//new 不需要检查是否为空，因为如果为空，直接抛异常T* tmp = new T[n];size_t sz = size();if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());for (size_t i = 0; i < sz; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endOfStorage = _start + n;}}iterator insert(iterator pos, const T& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);// 扩容后更新pos，解决pos失效的问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = val;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator start = pos + 1;while (start != _finish){*(start - 1) = *start;++start;}--_finish;return pos;}void push_back(const T& x){if (_finish == _endOfStorage){//错误代码//reserve(capacity() * 2);//正确代码reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;_finish++;}bool empty(){return _start == _finish;}void pop_back(){assert(!empty());_finish--;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){//删除数据_finish = _start + n;}else{if (n > capacity()){reserve(n);}while (_finish != _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}~vector(){if (_start){delete[]_start;_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;}}//成员变量三个迭代器private:iterator _start;		// 指向数据块的开始iterator _finish;		// 指向有效数据的尾iterator _endOfStorage;  // 指向存储容量的尾};void func(const vector<int>& v){for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << " ";}cout << endl;/*vector<int>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl << endl;*/}void test_vector1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);func(v);for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;for (auto ch : v){cout << ch << " ";}}void test_vector2(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);//v1.push_back(5);func(v1);//头插v1.insert(v1.begin(), 0);func(v1);//在pos前插入auto pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);if (pos != v1.end()){v1.insert(pos, 30);}func(v1);}void test_vector3(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);//v1.push_back(5);func(v1);//在pos前插入auto pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);if (pos != v1.end()){v1.insert(pos, 30);}func(v1);(*pos)++;func(v1);}void test_vector4(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);func(v1);auto pos = find(v1.begin(), v1.end(),3);if (pos != v1.end()){v1.erase(pos);}cout << (*pos) << endl;func(v1);}void test_vector5(){vector<int> v1;v1.push_back(10);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);func(v1);zhou::vector<int>::iterator it = v1.begin();while (it != v1.end()){if (*it % 2 == 0){it = v1.erase(it);//这里erase之后迭代器就失效了，同时偶数也无法正常删除。}else{++it;}}func(v1);}void test_vector6(){vector<int> v(10u, 5);//在数字后面加上u就是无符号整型func(v);}void test_vector7(){vector<int> v(10, 5);func(v);vector<int> v1(v);func(v);}void test_vector8(){vector<std::string> v1(3,"111111111111");for (auto ch : v1){cout << ch << " ";}vector<std::string> v2(v1);for (auto ch : v2){cout << ch << " ";}v2.push_back("22222222222");v2.push_back("22222222222");v2.push_back("22222222222");}
}

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