vector使用和模拟实现-阿里云开发者社区

STL

什么是STL？

STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

STL的六大组件

vector的使用

vector就是我们经常说的顺序表，它是库里面已经实现好的，我们可以直接使用，但是需要包一个vector的头文件。它和string有很大的相似性，所以简单的就不说了。

构造函数

从构造函数我们可以看到，我们可以用n个val来初始化，或者一段迭代器区间，或者一个vector，都是可以的。

void test()
{
  vector<int> v(10, 1);
  vector<int> v1(v);
  vector<int> v2(v1.begin(),v.end());
}

迭代器（iterator）

我们遍历vector可以用迭代器遍历。如果要倒着遍历的话，就需要用rbegin和rend，下面带c的都是const版本的，不可修改。

void test()
{
  vector<int> v;
  vector<int>::iterator it = v.begin();
  while (it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;
}

它也实现了[]的运算符重载，也可以用for循环像数组一样访问。

void test()
{
  vector<int> v;
  for (int i = 0; i < v.size(); i++)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
}

resize和reserve

resize还是改变size的大小，reserve还是改变capacity的大小。

resize的n如果比size要小的话，就是充当删除的功能。

void test()
{
  vector<int> v;
  v.reserve(400);
  v.resize(10, 2);
  v.resize(5);
}

插入删除数据

push_back

尾插一个数据

void test()
{
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  v.push_back(5);
}

pop_back

尾删一个数据。

void test()
{
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  v.pop_back();
  v.pop_back();
  v.pop_back();
}

insert

在某个位置插入一个数据，或这n个数据。

我们可以看到，insert需要我们传迭代器过去，并且返回一个迭代器，返回的这个迭代器就是你插入的那个位置的值的迭代器。

void test()
{
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  v.insert(v.begin(), 10, 0);
  v.insert(v.begin(), 0);
  for (int i = 0; i < v.size(); i++)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;
}

erase

删除一个数据，或者一段迭代器区间。

void test()
{
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  v.erase(v.begin());
  v.erase(v.begin(), v.end()-1);
  for (int i = 0; i < v.size(); i++)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;
}

swap

交换两个vector

void test1()
{
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  vector<int> v1;
  v1.push_back(2);
  v1.push_back(2);
  v.swap(v1);
}

vector的模拟实现

结构

我们string是用的和顺序表一样的结构，没有用模板模拟实现，但是，vector我们要用模板来模拟实现，而且结构也和前面的大有不同，但是换汤不换药，还是顺序表的原理。

我们说迭代器是一种类似指针的东西，但是不一定是指针，我们将T*重命名为iterator，也就是迭代器，可以说我们vector这个结构的成员就是三个迭代器，一个指向开始位置，一个指向有效数据的最后一个的下一个位置，还有一个指向空间的最后。

我们知道指针是可以相减的，同类型的指针相减就是两个指针数据的个数，所以size=_finish-_start,同理capacity = _end-_start.

那么我们就先来把简单的接口实现一下：

//我们声明成员变量时给了缺省值，所以这里什么都不用写，都会初始化为nullptr，但是必须有这个函数。
vector()
{}
~vector()
{
  delete[] _start;
  _start = _finish = _end = nullptr;
}
iterator begin()
{
  return _start;
}
iterator end()
{
  return _start + size();
}
const_iterator cbegin() const
{
  return _start;
}
const_iterator cend() const
{
  return _start+size();
}
size_t size() const
{
  return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
  return _end - _start;
}
T& operator[](size_t pos)
{
  assert(pos < size());
  return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
  assert(pos < size());
  return _start[pos];
}
void swap(vector<T>& v)
{
  std::swap(_start, v._start);
  std::swap(_finish, v._finish);
  std::swap(_end, v._end);
}

上面的这些接口都很简单，就不细讲了。

reserve和resize

reserve就是扩容逻辑，我们需要先开一个空间，然后把数据拷过去，然后在释放原来的空间，把新的空间给_start即可，然后更新_finish和_end。但是需要注意，我们需要先记录一下之前的size，因为_start修改后，就无法知道以前的_size了。

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

resize还是和string一样，如果修改的size 比之前小的话就是删除，比之前大就是看需不需要扩容，然后插数据就可以了。

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++;
    }
  }
}

插入和删除数据

push_back

和顺序表逻辑一样，直接尾插即可。

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

pop_back

void pop_back()
{
  assert(size() > 0);
  _finish--;
}

insert

insert和之前不同的是，之前传的是下标，现在传的是一个迭代器，并且插入后返回插入那个数据的迭代器，因为我们插入数据后，那个位置的迭代器的内容就别更新了，或者有可能会扩容，扩容后原本的那个迭代器就失效了。所以我们会返回插入的那个数据的迭代器。

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
  assert(pos >= _start);
  assert(pos <= _finish);
  if (size() == capacity())
  {
    //防止迭代器失效
    int len = pos-_start;
    reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
    //及时更新pos
    pos = _start + len;
  }
  iterator end = _finish;
  while (end > pos)
  {
    *(end) = *(end - 1);
    end--;
  }
  *pos = x;
  _finish++;
  return pos;
}

erase

还是传一个迭代器，删除这个迭代器位置的数据，同样，这个数据被删除了，同样会是迭代器失效，我们还是会返回一个迭代器，返回的还是这个位置的迭代器，指向被删除的数据的下一个数据。

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

构造和赋值重载

我们知道库里面有很多构造，可以用n个val来初始化，也可以用一段迭代器区间，都是一样的思路，直接尾插数据就可以了，但是n个val可以复用resize这个函数。

vector(int n, const T& value = T())
{
  resize(n, value);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
  while (first < last)
  {
    push_back(*first);
    first++;
  }
}
vector(const vector<T>& v)
{
  reserve(v.capacity());
  for (auto& e : v)
  {
    push_back(e);
  }
}

赋值重载

我们直接拷贝构造一份数据，和this交换。

vector<T>& operator= (vector<T> tmp)
{
  swap(tmp);
  return *this;
}

vector使用和模拟实现

STL