探索C++中的动态数组：实现自己的Vector容器

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🎉文章简介：

🎉本篇文章将介绍如何使用C++编写代码来实现一个类似于STL中的Vector容器等学习的相关知识进行分享！

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一.前言

这篇文章将介绍如何使用C++编写代码来实现一个类似于STL中的Vector容器。Vector是一种动态数组，它可以根据需要自动调整大小，并提供了许多方便的方法来操作数据。在这篇文章中，你将学习如何使用指针和动态内存分配来创建一个可变大小的数组，并实现Vector的常见功能，如添加元素、删除元素、访问元素等。通过实现自己的Vector容器，你将更好地理解动态数组的原理和实现方式，并提升对C++语言的理解和掌握。

二.Vs下Vector的底层结构

vs下底层是一个类，类里面的成员变量包括三个指针，指针类型为所存储数据类型（T）的指针；
T* _start 指向的是存储数据所开空间的起始位置；
T* _finish 指向的是最后一个数据的下一个位置；
T* _endofstorage 指向的是所开空间的最后的下一个位置；

如图：
在这里插入图片描述

public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;
private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;

三.vector的模拟实现

1.构造函数

1.直接初始化为空指针，使用时再开空间

vector():_start(nullptr),_finish(nullptr)         //也可以在定义的时候直接给缺省值,_endofstorage(nullptr)
{}

2.用一个迭代器区间构造（需要复用下面实现的push_back函数）

	template<class intputiterator>     //模板vector(intputiterator first, intputiterator last){while (first != last)  //不能是用<判断，因为底层不一定连续{push_back(*first);    //依次取里面的数据尾插++first;}}

3.用n个T类型构造对象（这里需要后面实现的resize函数）

vector(size_t n,const T& x = T())
{resize(n,x);
}

vector(int n, const T& x = T())
{resize(n,x);
}

注意：这里为什么要实现两个？
在这里插入图片描述

2.reserve函数

结合下面代码和图解看看思路解析：
1.reserve函数可以单独使用，也可以在其他接口种会使用，我们实现的该函数不会缩容，所以最开始会加一个判断是否缩容；
2.reserve函数的实现是开一个新空间，将原空间的数据拷贝到新空间，再对_start,_finish,_endofstorage 进行处理；
3.这里需要记录一个原空间存储的有效数据的个数，为了确定_finish的位置（如果不存储，则当开辟好了新空间后，_finish的位置不能确定）
图解：
在这里插入图片描述

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){size_t old_size = size();      //旧空间有效数据个数size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();   //需要判断，因为可能为0iterator tmp = new T[newcapacity];     //开空间//memcpy(tmp, _start,old_size * sizeof(T));   //下面会将为什么不用memmove函数for (int i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];       //拷贝数据}delete[] _start;             //释放旧空间_start = tmp;_finish = _start + old_size;      //确定_finish的位置_endofstorage = _start + newcapacity;     }
}

为什么不用memmove？
当我们存储的数据类型为string时【如图一】每个string对象里面都有一个_str，指向一个字符串，当我们用memmove拷贝后，拷贝后的_str与拷贝前的_str指向同一块空间【如图二】，当我们释放_start的时候，会调用string的析构函数，将该空间释放掉，就会导致野指针问题；

在这里插入图片描述

3.push_back函数

思路：检查是否空间满了，扩容，直接尾插

	void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage)    //检查是否需要扩容{reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = x;     //尾插++_finish;    //更新下标}

4.push_back函数

思路：与顺序表实现一样，直接–_finish;

void pop_back()
{assert(size());   //检查是否还有有效数据可删--_finish;
}

5.resize函数

思路：
分为三种可能:
1.n>capacity 扩容+尾插
2.size<n<capacity 直接尾插
3.n<size 尾删

值得注意的是传参给了缺省值，因为存储数据可能是string这种数据，给了缺省值会去掉对应的默认构造函数，虽然内置类型没有默认构造，但是为了解决这类问题，有了类似于默认构造类处理内置类型；

void resize(size_t n,T x=T() )   {if (n<size())     //直接改变_finish{_finish = _start + n;;}else{if (n > capacity())   //扩容{reserve(n);}for (size_t i = size(); i <= n; i++)  //尾插{_start[i] = x;      //可以复用push_back函数}_finish = _start + n;    //更新}}

6.insert函数

思路：
1.检查是否需要扩容
2.挪动数据
3.插入，更新下标

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{assert(pos);assert(pos >= _start);     //断言assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;              //记录之前的值reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();    //扩容pos = _start + len;          //更新pos下标}//memmove(pos+1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));  iterator end = _finish-1;while (end>=pos){*(end+1) = *end;     //拷贝end--;}*pos = x;     //插入++_finish;    return pos;    //返回pos位置的迭代器，防止迭代器失效问题
}

7.erase函数

直接挪动数据覆盖

	iterator erase(iterator pos){assert(pos < _finish && pos >= _start);   //断言iterator end = pos;while (end < _finish){*end = *(end + 1);   //挪动数据覆盖end++;}--_finish;          //更新下标return pos;      //返回pos位置的迭代器，防止迭代器失效问题}

8.swap函数

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

9.赋值运算符重载

与上章《魔法之线：探索string类的神秘世界》链接: link赋值运算符重载方法一样；

现代写法：

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

10.拷贝构造函数

传统写法：

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

稍便捷的方式
直接复用尾插函数，将对象v的数据一个一个尾插；

		vector(vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstorage(nullptr){reserve(v.capacity());      //提前空间，减少尾插扩容for (const auto& e : v){push_back(e);}}

11.其他简单函数的实现：

		//判空bool empty(){return size();}//返回第一个数据T& front()const{return *_start;}//返回最后一个数据T& back()const{return *(_finish-1);}//返回有效数据个数size_t size()const{return _finish - _start;}//返回容量size_t capacity()const{return _endofstorage - _start;}//[]运算符重载T& operator[](size_t pos){assert(pos>=0 && pos<size());return _start[pos];}T& operator[](size_t pos)const{assert(pos >= 0 && pos < size());return _start[pos];}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin()const{return _start;}const_iterator end()const{return _finish;}~vector(){if(_start)delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}