vector的模拟实现

文章目录

• • • • vector框架
      • 默认构造函数
      • 有参构造函数
      • size
      • capacity
      • 内置数据类型的构造函数
      • const修饰的匿名对象
      • reserve
      • resize
      • 迭代器
      • 拷贝构造函数传统写法
      • 拷贝构造函数现代写法
      • find
      • insert迭代器失效
      • erase

vector框架

	template <class T>
	class vector {
	public:
	T _start;//(1)
	T _finsih;//(2)
	T _endofstorge;//(3)
};

  $(1)$指向当前空间的第一个元素。
  $(2)$指向当前空间存储的最后一个元素的下一个位置。
  $(3)$指向当前空间的末尾。

默认构造函数

vector()//默认构造函数
			:_start(nullptr),//(1)
			_finish(nullptr),//(2)
			_endofstorge(nullptr)//(3)
		{

		}

  $(1)(2)(3)$因为一开始没有分配空间，所以三个指针都置为空。

有参构造函数

template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)//(1)
			:_start(nullptr),
			_finish(nullptr),
			_endofstorge(nullptr)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);//(2)
				first++;
			}
		}

  $(1)$使用一个迭代器区间进行初始化。
  $(2)$复用push_back。

为什么这里要将这个这个函数设置为函数模板呢？
并且将模板参数的名字取为InputIterator。

迭代器其实也有其分类：

上面是父类，下面是子类，子类包含了父类的功能。除此之外迭代器都具有解引用这类功能

迭代器的分类有什么作用呢？
我们查看下算法库中的sort，

sort要求传入随机迭代器，这时传入双向迭代器，单向迭代器就不满足要求了，如list就不支持sort算法。

又如reverse

其迭代器的类型为双向迭代器，但是也可以传入随机迭代器，因为随机迭代器具有双向迭代器的全部功能。

总结：迭代器的分类其实是一种引导的功能，告诉你该算法可以使用哪些迭代器，哪些不能用。

size

int size() const
		{
			return _finish - _start;//(1)
		}

  $(1)$_finish指向当前空间存储元素的最后一个元素的下一个位置，所以直接减去_start就能得到当前空间存储了多少个数据。

capacity

int capacity() const
		{
			return _endofstorge - _start;
		}

内置数据类型的构造函数

在C++中自定义类型具有构造函数，为了兼容，内置类型也具有构造函数，如int的构造函数int()。

const修饰的匿名对象

匿名对象的生命周期为当前行，出了该行以后即被回收。
但是如果const修饰以后呢？
结论：const修饰的匿名对象生命周期得到延长，直至函数执行完毕
证明：通过调试模式， 当执行到23行时，仍然没有执行person的析构函数，main函数运行完才执行析构。

reserve

void reserve(int newcapacity)//这里capacity是存储的个数，不是字节数
		{
			T *tmp = new T[newcapacity];
			
			int sz = size();//(1)
			if (_start)
			{
				//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*newcapacity);//(2)
				for (int i = 0; i < sz; i++)
					tmp[i] = _start[i];//(3)
			}
			
			delete[]_start;//(4)
			
			_start = tmp;//(5)
			_finish = _start + sz;//(6)
			_endofstorge = _start + newcapacity;//(7)
		}

  $(1)$需要提前记录下旧空间存储数据的个数，用于后面更新_finish。关于为什么要提前记录。这里我们画图理解。
因为后面更新_finish需要_finish距离_start的距离，但是因为先更新的_start,导致后面通过size()函数获得的数据个数是错误的，就无法得到_finish正确的位置

  $(2)$这里不能使用memcpy，如果单纯的对两个string进行拷贝，会导致两个string类的_str指针指向的空间一致，这会导致浅拷贝。在释放空间的时候会造成错误。

  $(3)$浅拷贝引发的问题使用深拷贝进行解决，对vector的每个数据都进行赋值拷贝。
  $(4)$释放原空间。
  $(5)(6)(7)$分别更新_start,_finish,_endofstorage。

resize

void resize(int newcapacity, const T &x = T())//(1)
		{
			if (newcapacity > capacity())//(2)
			{
				reserve(newcapacity);
				while (_finish!=_endofstorge)
				{
					*_finish = x;
					_finish++;
				}

			}
			else if (capacity() >= newcapacity)//(3)
			{
				_finish = _start + newcapacity;
			}
		}

  $(1)$因为resize会对扩容的部门进行初始化，而vector存储的数据类型有很多种，因此使用默认的构造函数作为初始化的默认值。
这里的T& x=T();牵扯到自定义类型有点不好理解，我们进行画图理解。
假设要创建一个三行三列的二维vector

  $(2)$扩容的空间大于原空间，将多余的空间进行初始化。
  $(3)$扩容的空间小于原空间，更新_finish就好

迭代器

		typedef T* iterator;
		typedef  const T* const_iterator;

  $(1)$普通版本

iterator begin()
		{
			return _start;//(1)
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;//(2)
		}

  $(1)$返回第一个元素。
  $(2)$返回最后一个元素的下一个位置。

  $(1)$const版本

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

：

拷贝构造函数传统写法

vector(const vector<T> &v)
		{
			_start = new T[v.capacity()];//(1)
			_finish = _start + v.size();//(2)
			_endofstorge = _start + v.capacity();//(3)
			//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());碰到string这种自定义类型的时候浅拷贝导致同一块空间被析构两次。//(4)
			for (int i = 0; i < v.size(); i++)//(5)
				_start[i] = v._start[i];
		}

  $(1)$申请新空间。
  $(2)(3)$更新_finish和_endofstorage。
  $(4)$这里不能使用memcpy，和reserver一样，当vector存储的数据类型是自定义类型string的时候，这里就是一个浅拷贝，而每个对象出来作用域就会被析构，就会导致堆区内存重复释放。
  $(5)$浅拷贝的问题需要通过深拷贝进行解决。

拷贝构造函数现代写法

	void swap(vector<T>&v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorge, v._endofstorge);
		}
		vector(const vector<T>&v)
			:_start(nullptr),//(1)
			_finish(nullptr),//(2)
			_endofstorge(nullptr)//(3)
		{
			vector<T> tmp(v.begin(),v.end());//(4)
			swap(tmp);//(5)
		}

  $(1)(2)(3)$因为一开始指向的空间是随机值，这样在释放空间的时候会导致非法访问，所以需要置空。
  $(4)$复用有参构造函数
  $(5)$直接进行空间交换就好，tmp是个临时对象，出了函数作用域会被析构，空间会被释放。

find

	iterator find(iterator first,iterator last,T val )
		{
			while (first!=last)
			{
				if (*first == val)//(1)
					return first;
				first++;
			}
			return last;//(2)
		}

  $(1)$找到了就返回该元素的迭代器位置
  $(2)$没找到返回末尾迭代器

insert迭代器失效

在了解什么是迭代器失效之前，我们先看一下vector中insert的模拟实现。
我们知道，插入数据的时候需要扩容。并且需要从插入位置开始挪动数据。
原因正是出在这，扩容以后_start,_finish,_endofstorage都指向了新空间的位置。但是pos指向的还是原空间，但是原空间已经被释放，这时pos就是一个野指针。挪动数据的时候就会失败。

	void insert(iterator pos,T val)
		{
			if (_finish == _endofstorge)//这里扩容会导致迭代器失效
			{
				
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
							}
			iterator right = _finish;
			iterator left = pos;//因为增容,pos原来指向的空间会被释放，所以需要计算出新的pos的位置
			while (left < right)
			{
				(*right) = *(right - 1);
				right--;
			}
			*pos = val;
			_finish++;

					}

解决代码如下：

	void insert(iterator pos,T val)
		{
			if (_finish == _endofstorge)//这里扩容会导致迭代器失效
			{
				int sz = pos - _start;//(1)
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + sz;//（2）
			}
			iterator right = _finish;
			iterator left = pos;//因为增容,pos原来指向的空间会被释放，所以需要计算出新的pos的位置
			while (left < right)
			{
				(*right) = *(right - 1);
				right--;
			}
			*pos = val;
			_finish++;

		
		}

加上(1)和(2)代码以后就可以正常插入数据了。
  $(1)$提前计算pos的位置
  $(2)$扩容完成后更新pos

这时候insert在插入数据的时候迭代器不会失效了，但是还有一种场景迭代器失效的场景存在：
如果我想打印插入的数据呢？这时候实参传递的it迭代器会不会失效呢？
答案是会的，在前面我们只是对pos迭代器进行了矫正，但是传参过程是一个值传参，形参的改变不会影响实参。也就是说it还是指向旧空间。
解决办法：返回值进行接收，it接收insert函数返回pos更新以后的位置。

	void test10()//测试insert
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(10);
		v1.push_back(20);
		v1.push_back(30);
		v1.push_back(40);
		auto it=v1.find(v1.begin(), v1.end(), 30);
		if (it != v1.end())
		{
			v1.insert(it, 50);//(1)
			cout << *it << endl;
		}
		
		
		
	}

  $(1)$外部迭代器仍然是失效的
正确代码：

iterator insert(iterator pos,T val)
		{
			if (_finish == _endofstorge)//这里扩容会导致迭代器失效
			{
				int sz = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + sz;
			}
			iterator right = _finish;
			iterator left = pos;//因为增容,pos原来指向的空间会被释放，所以需要计算出新的pos的位置
			while (left < right)
			{
				(*right) = *(right - 1);
				right--;
			}
			*pos = val;
			_finish++;

			return pos;
		}

void test10()//测试insert
	{
		vector<int> v1;
		v1.push_back(10);
		v1.push_back(20);
		v1.push_back(30);
		v1.push_back(40);
		auto it=v1.find(v1.begin(), v1.end(), 30);
		if (it != v1.end())
		{
			it=v1.insert(it, 50);//(1)
			cout << *it << endl;
		}
		
		
		
	}

  $(1)$接收pos更新以后位置的迭代器

erase

iterator erase(iterator pos)
		{
			//删除pos位置的数据
			iterator left = pos;
			iterator right = _finish;
			while (left<right)//(1)
			{
				(*left) = *(left + 1);
				left++;
			}
			_finish--;
			return pos;
		}

  $(1)$挪动数据。
  $(1)$别忘了 更新_finish的位置。

总结：
1.拷贝构造传统写法和reseve一定要注意使用，避开浅拷贝带来的问题。
2.insert带来的迭代器失效也需要认真画图思考一下。
3.在模拟实现的时候，迭代器，模板参数T，typdef以后很容易让人搞乱，大家可以多想一想，并可以根据下图进行思考。