vector的功能讲解与底层实现

本文主要介绍vector的内容以及使用和模拟实现。

vector在英文翻译中是矢量的意思，但在c++中他的本质是一个顺序表（容器），是一个类模板，（用模板创建变量就要参考我们之前的实例化内容了）用可以改变其size的数组去实现，有了之前string的讲解，这部分的推进会顺利很多，与之前的内容分块大致相同。

从使用上来讲，vector和string的使用几乎是一模一样的，只不过string内部存放的是字符串，而vector内部可以存放任何类型，比如int char甚至是string以及vector（即vector<string>,vector<vector<int>>),而vector的各常用的函数，比如push_back，size，resize等语法与string都是相同的，我们在此就不作详细讲解了。我们在此介绍一下vector有的且string类未提到的一些知识。

std中的sort

在使用前，我们需要包含算法的头文件， algorithm。sort的用法是参数需要传迭代器（相比我们之前c中的qsort的参数，这个函数传参就简便了很多）

接下来我们实现一下vector的底层

他的结构我们可以类比顺序表，只是指向数组的指针的类型我们用模板代替

但我们查看vector的源码后发现其底层其实是使用了迭代器，因此，我们采用迭代器版本来实现底层

第一个相当于T*a,第二个相当于a+size（也是指针，指向最后一个元素的后一个的位置，相当于string的'\0'），第三个相当于capacity。接下来我们就实现它的常用函数

push_back

与之前的string一样，我们在插入之前要判断是否还有空间，如果不够就进行扩容

我们来看看扩容的具体操作，与之前的string类不同的是，我们的vector没有size、capacity的概念，所以我们需要写一个函数来实现，

这样我们就能得到我们新空间的容量大小，那么size的函数也是同理

我们重点看看这个reserve函数的实现，根据之前的string的reserve的思路，大概就是用new开空间然后memcpy拷贝然后释放旧空间然后改变指向。于是我们就可以实现以下代码。

但当我们想具体插入一些数并运行一次时发现报错了，问题就出在这个reserve函数的倒数第二行代码上。

上面是我们扩容后的新空间，但是当走到倒数第二行执行size（）函数时，此时是下面的finish减去上面的start（因为start已经在上面扩容的过程被修改了）并不能得到我们想要的实际size，为了解决这个问题，我们可以进行以下修改

但是这就影响了代码的可读性，导致一个新接手的人可能不知道这里为什么是这样写，因此，我们只能另辟蹊径。其实发现，上面的方法无非就是先把保留的start给了finish然后再修改start。所以我们可以创建一个变量把修改之前的内容保存一下再用即可。

接下来我们实现一下析构函数

只需要释放原来开辟的空间以及改变指针指向即可。有了以上的各个函数以及运算符重载，我们就可以实现数组形式的[]遍历数组了，但此时用范围for是不可以的，因为范围for依赖迭代器而我们还没有具体实现底层，所以我们来实现一下迭代器然后实现一下两种形式的遍历。而迭代器的实现就简单的多了。

有了迭代器，我们就可以实现范围for的遍历了。先创建一个vector变量然后进行数据插入最后两种遍历并打印，代码如下：

当然，迭代器还有以下方法实现遍历

第一行的类型名就等同于int*it，我们上面这么写是因为iterator是定义在类域里面的，如果直接写成iterator it编译器会找不到。而我们这么写因为iterator不一定是指针，这种写法是通用的方式，而用指针替代有时候会不通过，只是我们当前可以理解为它和指针是等价的。当然，vector中的迭代器也有const版本。

由于尾删的函数没啥难度，所以我们就直接一带而过了

接下来的重点是insert和erase函数的用法，这里的参数与之前的不同，采用了迭代器，我们先展示一下它的用法

通过运行结果我们也能大致看出他们的用法了，insert在指定迭代器位置前插入数据，erase删除指定迭代器位置的元素。当然，我们如果想在指定位置插入或删除只需要在begin（）后+数字就能实现了，但如果我们想在指定元素之前插入元素呢？首先我们需要在数组中找到该元素所在的位置，所以我们就要用到find函数，遗憾的是，vector内部并没有提供find函数，而是把这个函数写在了算法中，以用于复用（毕竟find函数在大部分类中还是很常用的，而string单独提供了find是因为我们无法用算法中的fing去寻找字符串中的子串）。

复用中的find函数用法如下：需传三个参数，开始查找的位置，结束的位置，需要寻找的值。如果真的找到了，就会返回目标值的位置，下面我们来实现一下在指定位置前插入指定数值。

以上就是在5的位置之前插入666.

但具体的insert和erase函数底层我们还没有实现，搞一下。思路和之前的类似，挪动之后的数据然后插入即可。

但我们真正运行的时候，发现其插入的是随机值，这里的错误涉及到一个新的领域——迭代器失效

原因是：在扩容的时候，虽然start和finish在扩容后会改变为新扩容空间的start和finish，但pos的迭代器在扩容后仍指向该位置，但这块空间已经被释放了，造成了野指针的行为。所以我们需要对pos也进行“迁移”。

但同时我们要注意这里修改的pos是形参，对实际insert的迭代器并没有修改，所以实参的迭代器在扩容操作后仍是失效的，我们就不能进行访问了，为了解决这个问题，我们统一不访问（因为你也不知道是否会扩容，扩容就变成了野指针）。 insert函数作者没有加assert，可以判断一下是否越界。

insert搞完了，看看erase

与insert同样的移动思路。但这里也存在迭代器失效的问题，在我们删除数据以后，it逐渐向后移移到最后一个元素的下一个位置，虽然其不是野指针，但我们最好不要去访问，而且，删除数据有时候还涉及到缩容的问题，那么又要开空间拷贝数据，这样it就是野指针了，更是不可访问，在前一种情况中，不同环境下的情况不同，vs下则会直接报错，而linux不会，为了统一，我们就不访问该迭代器了。但stl库中的vector也给了解决方案，库中的vector具有返回值，其返回的是删除位置的下一个位置的迭代器。

接下来我们实现一下拷贝构造函数，思路也很容易，只需要利用范围for把每个数据都进行插入操作即可。

这里我们提前进行了开空间的操作，提高了pushback函数的效率。但当我们进行拷贝实例操作时却不通过，原因是没有找到构造函数，在类与对象我们讲过，拷贝构造函数也属于构造函数，如果我们不写编译器自己生成，但现在我们已经写了拷贝构造，编译器就不会生成构造函数。在我们新创建一个vector变量时找不到其构造函数了，为了解决这一问题，我们提前剧透一下：