Cpp::STL—vector类的模拟实现(11)
前言
我们来实现一下vector吧！
这会很有意思的！
一、各函数接口总览
不如先来看看我们要实现的接口，请注意！实际实现并未声明和定义分离，因为这涉及到模板的一些特性，我们先按下不表，后面再做解释，且为了避免与库里的vector相冲突，我们要用命名空间包起来！
namespace HQ
{
//模拟实现vector
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
//默认成员函数
vector(); //构造函数
vector(size_t n, const T& val); //构造函数
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last); //构造函数
vector(const vector<T>& v); //拷贝构造函数
vector<T>& operator=(const vector<T>& v); //赋值运算符重载函数
~vector(); //析构函数
//迭代器相关函数
iterator begin();
iterator end();
const_iterator begin() const;
const_iterator end() const;
//容量和大小相关函数
size_t size() const;
size_t capacity() const;
void clear()；
void reserve(size_t n);
void resize(size_t n, const T& val = T());
bool empty() const;
//修改容器内容相关函数
void push_back(const T& x);
void pop_back();
iterator insert(iterator pos, const T& x);
iterator erase(iterator pos);
void swap(vector<T>& v);
//访问容器相关函数
T& front();
const T& front(); const
T& back();
const T& back(); const
T& operator[](size_t i);
const T& operator[](size_t i)const;
private:
iterator _start; // 指向容器的头
iterator _finish; // 指向有效数据的尾
iterator _endofstorage; // 指向容器的尾
};
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v);
}
二、默认成员函数
vector();
很显然的无参构造，这时候只需要将三个成员变量初始化为空指针即可：
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T( ));
我们可以先使用reserve函数将容器容量先设置为n，然后使用push_back函数尾插n个值为val的数据到容器当中即可，并且正如我们上篇说的一样，最好再重载一个vector(int n, const T& val = T( )); 版本:
vector(size_t n, const T& val)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n); // 调用reserve函数将容器容量设置为n
for (size_t i = 0; i < n; i++) // 尾插n个值为val的数据到容器当中
{
push_back(val);
}
}
template< class InputIterator> vector(InputIterator first, InputIterator last);
因为该迭代器区间可以是其他容器的迭代器区间，也就是说该函数接收到的迭代器的类型是不确定的，所以我们这里需要将该构造函数设计为一个函数模板：
// 请注意，接下来的接口将不再给出初始化列表
// 事实上，运用缺省值这里会更方便一些
template<class InputIterator> // 模板函数
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
// 将迭代器区间在[first,last)的数据一个个尾插到容器当中
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector& v);
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector& operator=(const vector& v);
//传统写法
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if (this != &v) // 防止自己给自己赋值
{
delete[] _start; // 释放原来的空间
_start = new T[v.capacity()]; // 开辟一块和容器v大小相同的空间
// 注意这里不能使用memcpy函数进行拷贝！
// 原因是memcpy是值拷贝，浅拷贝！
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) // 将容器v当中的数据一个个拷贝过来
{
_start[i] = v[i];
}
_finish = _start + v.size(); // 容器有效数据的尾
_end_of_storage = _start + v.capacity(); // 整个容器的尾
}
return *this; //支持连续赋值
}
vector& operator=(const vector v);
事实上，赋值运算符重载还有一个非常狂野的写法，我们看这种方式舍弃了引用传值，先来个拷贝构造，接着再跟this交换数值空间，又因为v是临时变量，出作用域后立马销毁，非常巧妙，有种借力打击的感觉！：
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
if (this != &v) // 防止自己给自己赋值
{
swap(v);
}
return *this;
}
~vector();
对容器进行析构时，首先判断该容器是否为空容器，若为空容器，则无需进行析构操作，若不为空，则先释放容器存储数据的空间，然后将容器的各个成员变量设置为空指针即可：
~vector()
{
if (_start) //避免对空指针进行释放
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
三、迭代器相关函数
vector当中的迭代器实际上就是容器当中所存储数据类型的指针：
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
begin函数返回容器的首地址，end函数返回容器当中有效数据的下一个数据的地址，而我们还需要重载一对适用于const对象的begin和end函数，使得const对象调用begin和end函数时所得到的迭代器只能对数据进行读操作，而不能进行修改：
iterator begin()
{
return _start; // 返回容器的首地址
}
iterator end()
{
return _finish; // 返回容器当中有效数据的下一个数据的地址
}
const_iterator begin() const
{
return _start; // 返回容器的首地址
}
const_iterator end() const
{
return _finish; // 返回容器当中有效数据的下一个数据的地址
}
四、容量和大小有关函数
size & capacity
由于两个指针相减的结果，就是这两个指针之间对应类型的数据个数，所以利用三个原生指针，我们可以很显然的得出 size 和 capacity
size_t size() const
{
return _finish - _start; // 返回容器当中有效数据的个数
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start; // 返回当前容器的最大容量
}
reserve
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T)); // err
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}
我们要注意两个问题：
野指针问题
迭代器失效的问题，出现野指针_finish指向错误。在delete[ ] _start的时候，_finish还在指向旧空间，导致调用size()得到数据错误，我们的解决办法就是在开辟新空间之前，保存一下旧size()的值，存在临时变量old_size里面
浅拷贝问题
memcpy是逐字节拷贝，属于浅拷贝。当T为自定义类型，使用memcpy进行浅拷贝操作，会指向同一块空间，我们的解决办法是利用赋值运算符，就算是自定义类型，也有自己的赋值构造函数
resize
根据resize函数的规则，进入函数我们可以先判断所给n是否小于容器当前的size，若小于，则通过改变_finish的指向，直接将容器的size缩小到n即可，否则先判断该容器是否需要增容，然后再将扩大的数据赋值为val即可。
那等于呢？等于怎么办？
那就不动呗~直接跳出
// 在C++当中内置类型也可以看作是一个类，它们也有自己的默认构造函数
// 所以在给resize函数的参数val设置缺省值时，设置为T()即可
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size()) // 当n小于当前的size时
{
_finish = _start + n; // 将size缩小到n
}
else if (n > capacity())
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n) // 将size扩大到n
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
empty
empty函数可以直接通过比较容器当中的_start和_finish指针的指向来判断容器是否为空，若所指位置相同，则该容器为空
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
五、增删查改有关函数
push_back
要尾插数据首先得判断容器是否已满，若已满则需要先进行增容，然后将数据尾插到_finish指向的位置，再将_finish++即可
void push_back(const T& x)
{
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
pop_back
尾删数据之前也得先判断容器是否为空，若为空则做断言处理，若不为空则将_finish- -即可
//尾删数据
void pop_back()
{
assert(!empty()); // 容器为空则断言
--_finish; // _finish指针前移
}
insert
insert函数可以在所给迭代器pos位置插入数据，在插入数据前先判断是否需要增容，然后将pos位置及其之后的数据统一向后挪动一位，以留出pos位置进行插入，最后将数据插入到pos位置即可
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
// 若需要增容，则需要在增容前记录pos与_start之间的间
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
erase
erase函数可以删除所给迭代器pos位置的数据，在删除数据前需要判断容器释放为空，若为空则需做断言处理，删除数据时直接将pos位置之后的数据统一向前挪动一位，将pos位置的数据覆盖即可
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
swap
直接调用库当中的swap函数将两个容器当中的各个成员变量进行交换即可
void swap(vector<T>& v)
{
// 根据就近原则，所以你需要加上个std::
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
六、访问容器相关函数
operator[ ]
vector也支持我们使用“下标+[ ]”的方式对容器当中的数据进行访问，实现时直接返回对应位置的数据即可
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size()); // 检测下标的合法性
return _start[i]; // 返回对应数据
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size()); // 检测下标的合法性
return _start[i]; // 返回对应数据
}
front & back
很简单，也是直接利用原生指针来返回即可
T& front()
{
return *_start;
}
const T& front() const
{
return *_start;
}
T& back()
{
return *(_finish - 1);
}
const T& back() const
{
return *(_finish - 1);
}
总结
怎么样，接下来我们就要迎来不太一样的list了哦！
原文地址：https://blog.csdn.net/2301_80392199/article/details/142690851
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