前言：
上篇我们谈到vector的概念，使用，以及相关接口的具体应用，本文将对vector进行深入剖析，为读者分享其底层逻辑，讲解其核心细节。
上篇链接：
初始vector——数组的高级产物-CSDN博客
一.vector的基本结构与初始化
1.1 空构造函数的实现与测试
- 实现一个空的
vector，不分配任何内存。 - 测试是否创建了容量为0的
vector。 - 代码示例如下
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
vector() : _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr) {}
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }
bool empty() const { return _start == _finish; }
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endOfStorage;
};
}
测试代码示例：
void TestEmptyVector() {
W::vector<int> v;
assert(v.size() == 0); // 验证大小
assert(v.capacity() == 0); // 验证容量
assert(v.empty()); // 验证是否为空
std::cout << "TestEmptyVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestEmptyVector passed
1.2 附带默认大小和值的构造函数初始化
- 初始化一个给定大小的
vector，并使用默认值填充。 - 测试构造后大小、容量是否符合要求。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
vector(size_t n, const T& value = T()) {
_start = new T[n];
_finish = _start + n;
_endOfStorage = _finish;
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
_start[i] = value; // 填充默认值
}
}
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }
bool empty() const { return _start == _finish; }
T& operator[](size_t pos) { return _start[pos]; }
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestInitVector() {
W::vector<int> v(5, 10);
assert(v.size() == 5); // 验证大小
assert(v.capacity() == 5); // 验证容量
assert(!v.empty()); // 验证非空
for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
assert(v[i] == 10); // 验证默认值
}
std::cout << "TestInitVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestInitVector passed
1.3 拷贝构造函数
- 实现
vector的拷贝构造函数。 - 测试拷贝后的
vector是否完全复制原来的内容和容量。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
vector(const vector<T>& v) {
size_t n = v.size();
_start = new T[n];
_finish = _start + n;
_endOfStorage = _finish;
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
_start[i] = v._start[i]; // 复制数据
}
}
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }
bool empty() const { return _start == _finish; }
T& operator[](size_t pos) { return _start[pos]; }
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestCopyVector() {
W::vector<int> v1(5, 10);
W::vector<int> v2(v1);
assert(v2.size() == 5); // 验证大小
assert(v2.capacity() == 5); // 验证容量
for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
assert(v2[i] == 10); // 验证数据拷贝
}
std::cout << "TestCopyVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestCopyVector passed
1.4 赋值操作符=的实现
- 实现赋值操作符重载。
- 测试两个
vector赋值后，是否正确拷贝了内容和容量。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator;
vector<T>& operator=(const vector<T>& v) {
if (this != &v) {
delete[] _start; // 释放旧的空间
size_t n = v.size();
_start = new T[n];
_finish = _start + n;
_endOfStorage = _finish;
for (size_t i = 0; i < n; ++i) {
_start[i] = v._start[i]; // 复制数据
}
}
return *this;
}
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }
bool empty() const { return _start == _finish; }
T& operator[](size_t pos) { return _start[pos]; }
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestAssignVector() {
W::vector<int> v1(5, 10);
W::vector<int> v2 = v1; // 赋值操作
assert(v2.size() == 5); // 验证大小
assert(v2.capacity() == 5); // 验证容量
for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
assert(v2[i] == 10); // 验证数据拷贝
}
std::cout << "TestAssignVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestAssignVector passed
二. vector的内存与容积管理
2.1 reserve函数的动态扩容
- 实现
reserve函数，测试在容量不足时是否能正确扩展。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t oldSize = size();
T* tmp = new T[n];
for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i) {
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
};
}
测试代码：
void TestReserveVector() {
W::vector<int> v(5, 10);
v.reserve(10); // 预留容量
assert(v.capacity() == 10); // 验证容量扩展
for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
assert(v[i] == 10); // 验证数据保持不变
}
std::cout << "TestReserveVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestReserveVector passed
2.2 resize函数——改变大小
- 实现
resize函数，测试增加或减少vector大小。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
void resize(size_t n, const T& value = T()) {
if (n < size()) {
_finish = _start + n; // 缩小大小
} else {
reserve(n);
for (iterator it = _finish; it != _start + n; ++it)
{
*it = value; // 填充新值
}
_finish = _start + n;
}
}
};
}
测试示例：
void TestResizeVector() {
W::vector<int> v(5, 10);
v.resize(8, 20); // 扩展大小并填充新值
assert(v.size() == 8); // 验证扩展后大小
for (size_t i = 0; i < 5; ++i) {
assert(v[i] == 10); // 验证原值不变
}
for (size_t i = 5; i < 8; ++i) {
assert(v[i] == 20); // 验证新值
}
std::cout << "TestResizeVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestResizeVector passed
分析：resize函数在拓展的时候，只会改变新拓展元素的容积。
三. vector元素的插入与删除
3.1 push_back函数——尾插
分析：
1.插入前首先要确保容积充足，若不够则需要扩容（通常为2倍）
2.注意插入的元素位于现有元素的末尾
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
void push_back(const T& x) {
// 如果空间不足，扩展容量为当前容量的两倍
if (_finish == _endOfStorage) {
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 1 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
}
// 在末尾插入新元素
*_finish = x;
++_finish;
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestPushBackVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
assert(v.size() == 3); // 验证插入后的大小
assert(v.capacity() >= 3); // 验证容量是否自动扩展
assert(v[0] == 1 && v[1] == 2 && v[2] == 3); // 验证插入的元素是否正确
std::cout << "TestPushBackVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestPushBackVector passed
3.2 pop_back函数——尾删
分析：
1.首先确保vector内元素不为空
2.删除后记得将_finish指针前移一位,并且并不释放该处空间
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
void push_back(const T& x) {
// 如果空间不足，扩展容量为当前容量的两倍
if (_finish == _endOfStorage) {
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 1 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
}
// 在末尾插入新元素
*_finish = x;
++_finish;
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestPushBackVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
assert(v.size() == 3); // 验证插入后的大小
assert(v.capacity() >= 3); // 验证容量是否自动扩展
assert(v[0] == 1 && v[1] == 2 && v[2] == 3); // 验证插入的元素是否正确
std::cout << "TestPushBackVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestPushBackVector passed
3.3 insert函数——在指定位置插入数据
分析：
1.插入前首先需要确保容积充足，如果容积不足则需要扩容
2.插入成功之后，元素需要依次后移
3.完成插入后_finish指针也要后移一位
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
T* insert(T* pos, const T& value) {
assert(pos >= _start && pos <= _finish); // 确保pos是有效指针
// 检查空间是否足够
if (_finish == _endOfStorage) {
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 1 : capacity() * 2;
size_t offset = pos - _start; // 记录插入位置
reserve(newCapacity); // 扩容
pos = _start + offset; // 更新插入位置
}
// 将插入位置之后的元素整体向后移动
for (T* it = _finish; it > pos; --it) {
*it = *(it - 1);
}
// 插入新元素
*pos = value;
++_finish;
return pos;
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestInsertVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.insert(v.begin() + 2, 3); // 在第2个位置插入3
assert(v.size() == 4); // 验证插入后的大小
assert(v[0] == 1 && v[1] == 2 && v[2] == 3 && v[3] == 4); // 验证插入的元素是否正确
std::cout << "TestInsertVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestInsertVector passed
3.4 erase函数——删除指定位置的元素
分析：
1.删除之前需要确保元素不为空
2.删除之后元素均需左移一位
3.删除之后_finish左移一位
代码示例如下:
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
T* erase(T* pos) {
assert(pos >= _start && pos < _finish); // 确保pos是有效指针
// 将pos之后的元素向前移动
for (T* it = pos; it < _finish - 1; ++it) {
*it = *(it + 1);
}
--_finish; // 更新_finish指针
return pos;
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestEraseVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.erase(v.begin() + 2); // 删除第2个元素
assert(v.size() == 3); // 验证删除后的大小
assert(v[0] == 1 && v[1] == 2 && v[2] == 4); // 验证删除后的元素顺序
std::cout << "TestEraseVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestEraseVector passed
四. vector首尾元素的直接获取
4.1 front函数——返回第一个元素
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
T& front() {
assert(!empty()); // 确保vector非空
return *_start; // 返回第一个元素
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestFrontVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(10);
assert(v.front() == 10); // 验证front
v.push_back(20);
assert(v.front() == 10); // 验证front不变
std::cout << "TestFrontVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestFrontVector passed
4.2 back函数——返回最后一个元素
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
T& back() {
assert(!empty()); // 确保vector非空
return *(_finish - 1); // 返回最后一个元素
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestBackVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(10);
assert(v.back() == 10); // 验证back
v.push_back(20);
assert(v.back() == 20); // 验证back变化
std::cout << "TestBackVector passed" << std::endl;
}
输出：
TestBackVector passed
五. 迭代器的基本操作
5.1 begin函数与end函数
begin函数返回指向vector起始位置的迭代器（即指向第一个元素）。end函数返回指向vector末尾的迭代器（即指向最后一个元素的下一个位置）。- 两者结合可以用于遍历
vector中的元素。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
typedef T* iterator; // 使用原生指针作为迭代器
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestIteratorVector() {
W::vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
// 使用迭代器遍历 vector
for (W::vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::cout << "TestIteratorVector passed" << std::endl;
}
输出：
10 20 30
TestIteratorVector passed
5.2 swap函数——交换两个vector
swap函数用于交换两个vector的内容，包括它们的起始指针、结束指针和容量指针。swap函数是常用的优化操作，特别是在实现移动语义时能大大提高效率。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
void swap(vector<T>& v) {
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestSwapVector() {
W::vector<int> v1;
W::vector<int> v2;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v2.push_back(3);
v2.push_back(4);
v1.swap(v2);
// 验证 v1 和 v2 交换后内容是否正确
for (auto e : v1) {
std::cout << e << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (auto e : v2) {
std::cout << e << " ";
}
std::cout << std::endl;
std::cout << "TestSwapVector passed" << std::endl;
}
输出：
3 4
1 2
TestSwapVector passed
六. 赋值运算符重载——深拷贝vector （现代写法）
深拷贝之后实现与一个值与原先vector相同，但又相互独立的新vector。
其核心在于地址的不同，与拷贝构造函数同理，否则则为浅拷贝，两者间对任一一个进行增删查改也会对对方产生影响。
注意：使用 传值（pass-by-value）参数，配合 swap 函数，使代码简洁高效，且异常安全。
代码示例如下：
namespace W {
template<class T>
class vector {
public:
//这里可以服用reserve和push_back函数了
vector(const vector<T>& v)
: _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr)
{
reserve(v.size()); // 分配所需空间
for (const T& elem : v) {
push_back(elem); // 拷贝每个元素
}
}
// 赋值操作符，使用拷贝并交换技术
vector<T>& operator=(vector<T> v) {
swap(v); // 调用 swap 函数交换内容
return *this;
}
// swap 函数
void swap(vector<T>& v) {
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
// 其他成员函数同之前实现...
private:
T* _start;
T* _finish;
T* _endOfStorage;
};
}
测试代码：
void TestCopyAndAssignVector() {
// 测试拷贝构造函数
W::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
W::vector<int> v2(v1); // 使用拷贝构造函数
for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i) {
assert(v2[i] == v1[i]); // 验证每个元素是否相同
}
// 测试赋值操作符
W::vector<int> v3;
v3 = v1; // 使用赋值操作符
for (size_t i = 0; i < v3.size(); ++i) {
assert(v3[i] == v1[i]); // 验证每个元素是否相同
}
std::cout << "TestCopyAndAssignVector passed" << std::endl;
}
现代写法说明：
传值参数：通过传递 vector<T> 的值作为参数，创建一个临时对象 v。调用拷贝构造函数时自动执行拷贝，然后在赋值操作中与现有对象交换内容。传值是安全的，避免了手动内存管理问题。
swap：通过交换数据成员 _start、_finish 和 _endOfStorage，避免手动内存释放，简化代码逻辑。交换后的临时对象 v 离开作用域时自动销毁，保证资源释放。
小结：本文承接上篇vector基础部分的讲解，继续对其底层逻辑和相关属性进行深入剖析。每一特
性都给出了详解解释与示例，欢迎各位佬前来支持斧正！
![DETR[端到端目标检测]（论文复现）](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/95a8c45b2f9043978c55c65912ba1fc6.png#pic_center)
