C++入门第七篇--STL模板--vector模拟实现

前言：

有了前面的string库的介绍，在这里我就不再介绍vector库了，而是直接模拟实现了。

vector库的概念和作用：

vector库是针对于数组的数据类型的容器，它有点类似我们曾经实现过的顺序表，你完全可以按照顺序表去理解vector,针对顺序表，我们自然少不了增删查改的功能，所以接下来让我们模拟实现一下vector库。

模拟实现过程：

1.私有成员变量的设置：

在这里，我们这样设置我们的私有成员变量，由于文档中C/C++库的函数大部分是用迭代器实现的，故我们模拟的时候也使用迭代器去操作,故成员如下：

private:
	iterator _start;
	iterator _finish;
	iterator _endofstorage;

其中_start指向顺序表开头，_finish指向顺序表的数字的结尾，而_endofstorage则控制容量，指向容量的结尾
但是我们C++中是没有所谓的iterator的，但是我们知道iterator的本质是指针，故我们对类型重命名如下：

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;

2.构造函数析构函数拷贝构造函数：

私有成员建立好后，我们下一个便是构建基本的三个函数：构造，析构，拷贝构造。
首先是构造函数：

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

这里就是常规的全让指针为空，因为我们会在调整容量的位置去为这三个成员变量赋值
析构函数：

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

这里需要注意的点就是：我们是需要在堆区上动态开辟空间的，故我们的析构函数是必须显式实例化的，要让析构函数释放掉我们的堆区空间。
拷贝构造函数：

vector(const vector<T>& s)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
	for (auto& ch : s)
	{
		push_back(ch);
	}
}

再拷贝构造这里，我使用了遍历尾插的方式，或许你会说，直接memcpy不是更好么，但是我们的顺序表不仅仅要存储内置类型，有时也要存储自定义类型，而memcpy对应的是一种浅拷贝，一旦涉及到指针的问题，就会有多次释放的危险，故我们在这里采取尾插的方式，即自定义类型会调用其赋值运算符重载，内置类型则直接赋值，这样就很好的避免了多次释放的问题。

3.赋值运算符重载：

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

我在这里采取的现代写法，和string一样，采用一个变量tmp来打工的方式将值转给*this,大体的写法概念不变，我这里不过多赘述了。

4.size长度 capacity容量：

size用来返回顺序表的长度，而capacity用来返回顺序表的容量

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

5.首尾迭代器返回：

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

在这里我们写了两个版本，一个是可读可写版本，一个是可读不可写版本，分别返回不同的迭代器

6.下标访问操作符[]重载：

其基本和我们字符串的写法区别不大：

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

同样也是两个版本，可改与不可改

7.扩容！！！(本次实现的重点！)

扩容，是我们本次实现的重点，在这里牵扯到一个很关键的问题：迭代器失效。
何为迭代器失效呢？
先看下面的代码：

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		T* tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			int i = 0;
			for (i = 0; i < size(); i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete _start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + size();
		_endofstorage = _start + capacirty();
	}
}

这段代码就涉及到严重的迭代器失效的问题，问题出在我们的delete被销毁后，我们对应的size()和capacity()本质上指向的是之前的被销毁的数组的地址，这样我们使用函数是得不到正确的长度的，因为迭代器此时的地址是无效的，这便是我们所谓的迭代器失效，你可以看这张图理解：
在这里插入图片描述
所以，我们可以这样去修改程序：

void reserve(size_t n)
{
	size_t sz = size();
	if (n > capacity())
	{
		T* tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			int i = 0;
			for (i = 0; i < size(); i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete _start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + sz;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

即先用一个变量将长度存储起来，而不是再用失效的迭代器返回长度和容量，在这里就是sz来存储，这样，我们就不会出现我们的长度是错误的问题了。

7.改变数组长度：

	void resize(size_t n, const T& x = T())//改变数组长度
	{              //注意,内置类型是可以调用构造函数的，在模板这个章节是支持的，在这里别忘了加一个const，因为我们的缺省值是常量，不加const引用权限会放大
		if (n <= capacity())
		{
			_finish = _start + n;
		}
		else
		{
			reserve(n);
			//剩下来填数据：
			while (_finish < _start + n)
			{
				*_finish = x;
				_finish++;
			}
		}
	}

解决了扩容问题，我们其他的都很好解决了，这里也是一样，我们考虑两种情况即可，但是注意依旧用赋值不要用memcpy，因为涉及到浅拷贝的问题。

8.尾插尾删：

尾插：

void push_back(const T& x)  //尾插
{
	if (_finish == _endofstorage)
	{
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
	}
	*_finish = x;
	_finish++;
}

尾删：

void push_pop()
{
	_finish--;
}

没什么好说的，顺手就应该写出来。

9.任意插任意删：

任意删：

	iterator& erase(iterator pos)
	{
		assert(pos >= _start);
		assert(pos <= _finish);

		iterator cur = pos + 1;
		while (cur < _finish)
		{
			*(cur - 1) = *cur;
			cur++;
		}
		_finish--;
		return pos;
	}

任意删的思路和我们顺序表的任意删差不多，直接覆盖即可，强调一下别忘了对我们传入的迭代器进行检验就好。
但是任意删有一个细节就是，我们会涉及到迭代器失效的问题，即这个位置被删除后再想针对这个位置删除就是出现问题，所以我们返回pos，即删除后的下一个位置的指针，这样就可以一直删，不会删除一次就失效了。
任意插：

void insert(iterator pos, const T& x)//任意插
{
	assert(pos >= _start);
	assert(pos <= _finish);//这里可以等于,方便尾插
	if (_finish == _endofstorage)
	{
		size_t range = pos - _start;//在这里先存储一个长度变量方便后续迭代器失效时重新指定位置
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
		pos = _start + range;//由于扩容之后pos失效，那样的话pos不在新数组上，故我们要存储一个整型，方便扩容之后把pos重新带到新数组上来,别忘了任意插也存在扩容后迭代器失效的问题，我们的pos也会停留在之前的数组上被销毁之后就丢失了，要重新给到新的数组上
	}
	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)//这里要等于，保证其能在pos的位置之前插而不是正好插入pos位置
	{
		*(end + 1) = *end;
		end--;
	}
	*pos = x;
	_finish++;
}

在任意插这里，我们需要注意一个扩容的问题，凡是涉及到扩容和删除的问题，当我们使用迭代器去操作的时候，就要最好看一看是否涉及到迭代器失效的问题，在任意删这里就涉及到了，po针对的是被删除的数组的地址，但我们扩容后，pos的原位置直接失效了，故我们需要在扩容后调整pos到新数组的对应位置上，即：

if (_finish == _endofstorage)
	{
		size_t range = pos - _start;//在这里先存储一个长度变量方便后续迭代器失效时重新指定位置
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
		pos = _start + range;//由于扩容之后pos失效，那样的话pos不在新数组上，故我们要存储一个整型，方便扩容之后把pos重新带到新数组上来,别忘了任意插也存在扩容后迭代器失效的问题，我们的pos也会停留在之前的数组上被销毁之后就丢失了，要重新给到新的数组上
	}