【C++】vector的模拟实现

基本框架

在模拟实现vector之前我们应该对vector有个基本的框架，可以通过对源代码的分析与了解，实现自己的vector。

第一步：现有大致的类模板，类中的成员变量

第二步：构造函数、析构函数、赋值运算符重载函数、拷贝构造函数这些默认函数

第三步：关注push_back()，reserve()，insert()等接口函数

模拟实现vector

namespace my_vector { 	template<class T> 	class vector 	{ 	public: 		typedef T* iterator;  	private: 		iterator _start; 		iterator _finish; 		iterator _end_of_storage; 	}; }

设置好一个命名空间，类，以及成员变量。

		vector() 			:_start(nullptr) 			,_finish(nullptr) 			,_end_of_sorage(nullptr) 		{}

设置一个构造函数，可以选择在初始化变量进行初始化成员变量。

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

设置一个析构函数，注意这里需要对_start进行判空，如果_start为空，则说明_start是是一空指针，则无法进行析构。

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

设置一个size()函数，用来计算vector的数据个数。

		size_t capacity() const 		{ 			return _end_of_storage - _start; 		}

设置一个capacity()函数，用来计算vector的容量大小。

void reserve(size_t n) { 	if (capacity() < n) 	{ 		size_t sz = size(); 		T* tmp = new T[n]; 		if (_start) 		{ 			//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz); 			for (size_t i = 0; i < sz; ++i) 			{ 				tmp[i] = _start[i]; 			} 			delete[] _start; 		} 		_start = tmp; 		_finish = _start + sz; 		_end_of_storage = _start + n; 	} }

设置一个reserve()函数，可以用来提高容量。这里需要注意的是需要提前知道_start与_finish之间的元素个数，以便设置_finish。

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

设置一个push_back()函数，可以用来后增数据。

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

设置迭代器函数，包括begin()和end()，注意需要存在权限的问题。

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

设置一个下标+[ ]函数，用于寻找在某个位置的元素。

		iterator insert(iterator pos, const T& x) 		{ 			assert(pos >= _start && pos <= _finish); 			if (_finish == _end_of_storage) 			{ 				size_t len = pos - _start; 				size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); 				reserve(newcapacity); 				pos = _start + len; 			} 			iterator end = _finish - 1; 			while (end >= pos) 			{ 				*(end + 1) = *end; 				end--; 			} 			*pos = x; 			++_finish;  			return pos; 		}

设置一个insert()迭代器，用来插入数据。注意，这里在扩容时会出现迭代器失效的问题，需要注意的是，在使用insert()的函数的时候，以后就不能使用形参迭代器，可能会失效。

		iterator erase(iterator pos) 		{ 			assert(pos >= _start && pos < _finish);  			iterator it = pos + 1; 			while(it != _finish) 			{ 				*(it - 1) = *it; 				it++; 			} 			_finish--; 			return pos; 		}

设置一个erase()函数，用于删除指定位置的元素。

• 迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层本质上就是一个指针，或者是对指针进行了封装。比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。

因此迭代器失效，实际上就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而此时使用了一块以及被释放了的空间，造成的后果就是程序崩溃（即继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃）。

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

1.会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize，reserve，insert，assign，push_back。当vector扩容时，其底层原理旧空间就会被释放掉，而在使用之前的迭代器时，还是使用的之前未释放前的就空间，所以在对旧迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。

【解决办法】：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，需要对迭代器重新赋值。

2.指定位置元素的删除操作erase().

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前移，没有导致底层空间的改变，理论上来讲迭代器是不会失效的。但是，如果pos位置刚好是最后一个元素，删除之后pos刚好是end的位置，而end位置是，没有元素的，那么pos就会失效。因此删除vector中的任意位置上的元素时，vs就会认为该位置迭代器失效。

3.注意：在Linux环境下，gcc编译器对迭代器的检测并不是非常严格，并没有vs下极端。

上述三个例子总结：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围之内，肯定会崩溃的。

4.与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效。

- 迭代器失效的解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值。

		void pop_back() 		{ 			erase(_finish - 1); 		}

设置一个pop_back()函数，用于尾删数据。

		void resize(size_t n, const T& val = T()) 		{ 			if (n < size()) 			{ 				_finish = _start + n; 			} 			else 			{ 				reserve(n); 				while (_finish != _start + n) 				{ 					*_finish = val; 					++_finish; 				} 			} 		}

设置一个resize()函数，可以用来添加单一数据并开辟空间。

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

设置一个赋值运算符重载函数，用于赋值构造。

vector(const vector<T>& v) { 	_start = new T[v.capacity()]; 	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) 	{ 		_start[i] = v._start[i]; 	} 	_finish = _start + v.size(); 	_end_of_storage = _start + v.capacity(); }

设置一个拷贝构造函数。

注意，这里使用for循环，而并没有使用memcpy的原因是：

1.memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中的内容原封不动的拷贝到另外一个内存空间里。

2.如果拷贝的是内置类型的元素，memcpy即高效又不会出错，但是如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。

结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

动态二维数组的理解

构造一个vv动态二维数组，vv中总共有n个元素，每个元素都是vector类型的，每行没有包含任何元素，如果n为5时：

vv中元素填充完成之后：

使用标准库中vector构建动态二维数组时与上图实际上是一致的。

vector的代码展示

#pragma once #include<iostream> #include<assert.h>  namespace my_vector { 	template<class T> 	class vector 	{ 	public: 		typedef T* iterator; 		typedef const T* const_iterator;  		iterator begin() 		{ 			return _start; 		} 		iterator end() 		{ 			return _finish; 		} 		const_iterator begin() const 		{ 			return _start; 		} 		const_iterator end() const 		{ 			return _finish; 		} 		vector() 			:_start(nullptr) 			, _finish(nullptr) 			, _end_of_storage(nullptr) 		{} 		~vector() 		{ 			if (_start) 			{ 				delete[] _start; 				_start = _finish = _end_of_storage = nullptr; 			} 		} 		size_t size() const 		{ 			return _finish - _start; 		} 		size_t capacity() const 		{ 			return _end_of_storage - _start; 		} 		void push_back(const T& x) 		{ 			if (_finish == _end_of_storage) 			{ 				size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); 				reserve(newcapacity); 			} 			*_finish = x; 			++_finish; 		} 		iterator insert(iterator pos, const T& x) 		{ 			assert(pos >= _start && pos <= _finish); 			if (_finish == _end_of_storage) 			{ 				size_t len = pos - _start; 				size_t newcapacity = (capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); 				reserve(newcapacity); 				pos = _start + len; 			} 			iterator end = _finish - 1; 			while (end >= pos) 			{ 				*(end + 1) = *end; 				end--; 			} 			*pos = x; 			++_finish;  			return pos; 		} 		void reserve(size_t n) 		{ 			if (capacity() < n) 			{ 				size_t sz = size(); 				T* tmp = new T[n]; 				if (_start) 				{ 					//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz); 					for (size_t i = 0; i < sz; ++i) 					{ 						tmp[i] = _start[i]; 					} 					delete[] _start; 				} 				_start = tmp; 				_finish = _start + sz; 				_end_of_storage = _start + n; 			} 		} 		T& operator[](size_t pos) 		{ 			assert(pos < size());  			return _start[pos]; 		} 		const T& operator[](size_t pos) const 		{ 			assert(pos < size());  			return _start[pos]; 		} 		iterator erase(iterator pos) 		{ 			assert(pos >= _start && pos < _finish);  			iterator it = pos + 1; 			while(it != _finish) 			{ 				*(it - 1) = *it; 				it++; 			} 			_finish--; 			return pos; 		} 		void pop_back() 		{ 			erase(_finish - 1); 		} 		void resize(size_t n, const T& val = T()) 		{ 			if (n < size()) 			{ 				_finish = _start + n; 			} 			else 			{ 				reserve(n); 				while (_finish != _start + n) 				{ 					*_finish = val; 					++_finish; 				} 			} 		} 		vector(const vector<T>& v) 		{ 			_start = new T[v.capacity()]; 			for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) 			{ 				_start[i] = v._start[i]; 			} 			_finish = _start + v.size(); 			_end_of_storage = _start + v.capacity(); 		} 		void swap(vector<T>& v) 		{ 			std::swap(_start, v._start); 			std::swap(_finish, v._finish); 			std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); 		} 		vector<T>& operator=(vector<T> v) 		{ 			swap(v);  			return *this; 		} 	private: 		iterator _start; 		iterator _finish; 		iterator _end_of_storage; 	 	}; }