目录
前言
vector概述
vector的数据结构
vector迭代器的运用
vector的构造和析构
vector的拷贝构造与赋值
拷贝构造
传统写法
现代写法
赋值重载
vector的扩容
reserve()
resize()
vector的元素操作
push_back()
pop_back()
insert()
erase()
迭代器失效问题
insert中迭代器失效问题
erase中迭代器失效问题
完整代码链接
前言
关于本篇可以先去看看上篇的string的模拟实现，更好的理解这里的内容。
关于vector容器的详细用法可以参考这个网站——vector
如果想更深的了解vector的底层实现的话可以看看侯捷老师写的《STL源码剖析》
本文内容也参考了《STL源码剖析》中的内容
vector概述
vector是表示可变大小数组的序列式容器，就像数组一样，vector也采用了连续的空间来存储元素。这也就意味着可以采用下标对元素进行访问。vector是动态空间，随着元素的插入，它的内部机制会自动扩充空间来存储新数据，而且扩充的空间比实际存储的空间会更大，这是出于一种位于绸缪的考虑。这种有效的动态增长方式与其它动态序列式容器相比，vector在访问元素时更加高效。
vector的数据结构
vector的数据结构实现起来也非常简单：连续的线性空间。库里面的vector本身就是支持任何元素类型都可以用迭代器的方式进行访问，所以我们这里的实现的迭代器也要支持同样的操作——使用类模板，用两个迭代器start和finish分别指向分配来的连续空间中目前已经使用的范围，还有一个迭代器end_of_storage指向目前可用空间的尾。
vector迭代器的运用
运用_start，_finish，_end_of_storage三个迭代器，便可轻易的提供首尾标示、大小、容量、 [](下标访问）、最前端元素和最后端元素
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()const
{
return _start;
}
iterator end()const
{
return _finish;
}
const_iterator cbegin()
{
return _start;
}
const_iterator cend()
{
return _finish;
}
size_t capacity()const
{
return _end_of_storage - _start;
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];//=*(_start + pos)
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];//=*(_start + pos)
}
T& front()
{
assert(size() > 0);
return *_start;
}
T& back()
{
assert(size() > 0);
return *(_finish - 1);
}vector的构造和析构
vector的构造和析构是比较常规的操作了，也就是把上面的数据结构进行初始化和清理
MyVector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}
~MyVector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}迭代器区间构造
template <class InputIterator>
MyVector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}这里使用的函数模板和上面的类模板是可以在一起使用的。
指定大小初始化构造
MyVector(size_t n, const T& value = T())
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
while(n--)
{
push_back(value);
}
}
MyVector(int n, const T& value = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}理论上提供了MyVector(size_t n, const T& value = T())之后，MyVector(int n, const T& value = T())接口可以不需要提供了，但是对于MyVector<int> v(10,5)这种，10和5都是int类型，编译器在编译时，会找和它最匹配的构造函数，n是size_t类型，T被示例化成了int类型，所以会选择MyVector(InputIterator first, InputIterator last)，而不会选择MyVector(size_t n, const T& value = T())，因为编译器认为区间构造两个参数类型是一样的，所以会将InputIterator实例化成int，但是10和5根本不是一个区间，编译器编译时就会报错。因此需要增加这个接口。包括库里面也是这样实现的。
vector的拷贝构造与赋值
拷贝构造和赋值如果我们不写编译器就会默认生成，而默认生成的是浅拷贝，在析构的时候就会出问题。
拷贝构造
传统写法
MyVector(const MyVector<T>& v)
{
_start = new T[v.size()];
memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.size();
}这种写法是大多数人都能想出来的，但是这里有个非常致命的问题就是使用了memcpy。
当你这样写的话，程序就会崩溃。
memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中，如果拷贝的是内置类型的元素时，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型中涉及到资源管理时就会出错，因为memcpy实际上是一个浅拷贝。
所以正确的写法是下面这样的
//传统写法
MyVector(const MyVector<T>& v)
{
_start = new T[v.size()];
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());//浅拷贝
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.size();
}但是有些人还会这样写，也是OK的
MyVector(const MyVector<T>& v)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(v.size());
for (const auto& d : v)
{
push_back(d);
}
}现代写法
void swap(MyVector<T>& v)
{
::swap(_start, v._start);
::swap(_finish, v._finish);
::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
//现代写法
MyVector(const MyVector<T>& v)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{
MyVector tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}在现代写法中用到了一个迭代器区间的构造函数。而这里的tmp扮演的就是一个打工人的角色，勤勤恳恳的给老板（v）打工。
赋值重载
这里就直接上现代写法了，毕竟现代写法更简单
MyVector<T>& operator=(MyVector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}vector的扩容
reserve()
reserve实现起来也很简单，首先是判断空间够不够，如果不够就需要扩容，在扩容时需要开辟新空间，并把原来空间中的元素拷贝到新空间去，之后更新迭代器，所以我们很容易就会写出下面的代码。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}这样就和上面拷贝构造出现的问题一样了，对于自定义类型我们要完成的是一个深拷贝而不是浅拷贝。
正确写法
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);//浅拷贝
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}resize()
对于resize我们要考虑三种情况
- 当n > capacity()时，我们需要扩容+初始化
- 当n > size()并且n < capacity()时，我们只需要初始化
- 当n < size()时，我们需要删除多余的数据
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
if (n > size())
{
//初始化填值
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}vector的元素操作
push_back()
先判断空间够不够，如果不够就需要扩容，然后再将元素插入进去
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}pop_back()
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
_finish--;
}insert()
在实现insert时，要注意扩容带来的迭代器失效问题，我们要保存一下pos位置，以免扩容时，pos迭代器失效。
之后往后挪动数据（从后往前挪动数据）将pos位置空出来，以便插入
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
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()
和insert类似我们也需要挪动数据将pos位置的数据覆盖掉即可
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
begin++;
}
_finish--;
return pos;
}迭代器失效问题
insert中迭代器失效问题
在insert插入元素时，如果空间不够会发生扩容，扩完容后原来的空间就会释放掉，但是你的addr还是指向的是原来的空间，所以当你访问addr位置时，就会发生野指针问题。
所以当你用了一次addr最好就不要在用了
erase中迭代器失效问题
删除数据又是如何造成迭代器失效的呢？我们可以看一看下面的代码
下面这种情况是没有问题，正常运行的
int main()
{
MyVector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
//删除所有的偶数
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
it++;
}
for (auto v : v1)
{
cout << v << " ";
}
return 0;
}
但是我们再增加一个数，它的结果就会出现问题了
int main()
{
MyVector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
//删除所有的偶数
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
it++;
}
for (auto v : v1)
{
cout << v << " ";
}
return 0;
}
下面这个就会运行崩溃
int main()
{
MyVector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
//删除所有的偶数
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
it++;
}
for (auto v : v1)
{
cout << v << " ";
}
return 0;
}
这都是erase迭代器失效造成的，让我们来分析分析
对于第二个代码
这就是第二个结果导致的原因
对于第三个代码
在erase的实现中，我们是使用了在pos位置从前往后进行数据覆盖，并且erase返回的是当前删除数据的下一个位置，但是我们完成了一个数据覆盖，所以返回的还是当前删除数据的位置。
所以上面代码正确的写法是这样的
auto it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}完整代码链接
vector的模拟实现
今天的分享就到这里了，如果内容有错的话还望指出，谢谢！！！
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