【C++学习手札】模拟实现vector-阿里云开发者社区

一、vector实际的底层原理

C++中的vector底层实现是一个动态数组，也被称为可变数组。当向vector添加元素时，如果数组已经被填满，vector会自动创建一个更大的数组，将原有数据复制到新数组中，并将新元素添加到新数组中。这种自动扩容的机制使得vector能够封装任意数量的对象，而不必关心底层的数组大小。

vector的成员变量同前面我们学的string不一样，他是通过使用指针来控制起始位置、最后一个数据位置、最大容量位置。定义如下：

class vector
{
public:
  typedef T* iterator;
  typedef const T* const_iterator;
private:
  iterator _start;  
  iterator _finish;
  iterator _endofstorage;
};

配合图解明白：

二、vector的模拟实现

迭代器相关

        // Vector的迭代器是一个原生指针
        typedef T* iterator;
        typedef const T* const_iterator;
        iterator begin()
        {
            return _start;
        }
        iterator end()
        {
            return _finish;
        }
        const_iterator begin() const
        {
            return _start;
        }
        const_iterator end() const
        {
            return _finish;
        }

基本操作（迭代器失效问题）

插入

在插入元素期间，可能会引起扩容，让三个指针都指向新的空间，原空间被释放，从而导致原来的迭代器指向的空间错误，对此我们可以返回新的空间的地址解决。

 iterator insert(iterator pos, const T& x)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
            {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos <= finish);
                    if (_finish == _endOfStorage)
                    {
                        size_t len = pos - _start;//避免位置错误,因为在扩容后_start的地址会变化
                        reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
                        pos = start + len;//恢复位置
                    }
                    iterator end = _finish - 1;
                    while (end >= pos)//从后往前挪
                    {
                        *(end + 1) = *end;
                        --end;
                    }
                    *pos = x;
                    ++_finish;
                    return pos;
            }

删除

删除由于受限制，在这里实现的时候只能通过返回指针来控制删除。通常在使用 erase 进行删除时，我们需要额外定义一个迭代器来接受原迭代器，通过选择语句来进行批量删除的判断。有如下例子：（我们要删除迭代器中可以被2整除的数，以此解决迭代器的问题）

iterator erase(Iterator pos)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
                {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos < _finish);
                    iterator it = pos + 1;//定义一个变量用于删除
                    while (it < _finish)
                    {
                        *(it - 1) = *it;
                        ++it;
                    }
                    --_finish;
                    return pos;
            }

push_back（）

复用以上insert的操作，简化代码。

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

pop_back（）

            void pop_back()
            {
                assert(!empty());
                --_finish;
            }

swap（）

            void swap(vector<T>& v)
            {
                std::swap(_start, v._start);
                std::swap(_finish, v._finish);
                std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
            }

基本成员函数

主要是复用上面的基本操作以此来简化代码。

构造函数

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

在构造时，由于我们都要初始化。我们可以直接给成员变量在定义时就给缺省值，剩下的两个分别是根据指定数量、指定初始化值，以及根据迭代器构造。

            vector()
            {}
            vector(int n, const T& value = T())
            {
                reserve(n);
                for (int i = 0; i < n; i++)
                {
                    push_back(value);
                }
            }
        template<class InputIterator>
        vector(InputIterator first, InputIterator last)
        {
            while (first != last)
            {
                push_back(*first);
                ++first;
            }
        }

拷贝构造函数

特别注意，在进行拷贝构造时，不要使用memcpy，在对诸如：string等类型进行拷贝时，执行的是浅拷贝。我们在这复用push_back()来进行拷贝构造。

        vector(const vector<T>& v)
        {
            reserve(v.capacity());
            for (auto& e : v)
            {
                push_back(e);
            }
            }

析构函数

需要释放在堆上动态开辟的空间，并且将指针置空，防止野指针。

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

赋值运算符

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

空间管理

基本状态

        size_t capacity() const
        {
            return _endofstorage - _start;
        }
        size_t size() const
        {
            return _finish - _start;
        }
        bool empty()const
        {
            return size() == 0;
        }

扩容操作

注意这里不能使用memcpy进行对原有数据的拷贝操作，使用memcpy对于一些存储结构，如string等所做的是浅拷贝的操作。对此，使用会造成很多问题。

        void reserve(size_t n)
        {
            if (n > capacity())
            {
                T* tmp = new T[n];
                size_t sz = size();
                if (_start)
                {
                    //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz)//这里用memcpy这里会导致string的vector出错，浅拷贝问题
                    for (size_t i = 0; i < sz; i++)
                    {
                        tmp[i] = _start[i];
                    }
                    delete[] _start;
                }
                _start = tmp;
                _finish = _start + sz;
                _endOfStorage = _start + n;
            }
        }

resize（）

如果要扩的空间(n)小于当前数据个数，则截取数据。如果要扩的空间(n)大于当前数据个数则扩容。

        void resize(size_t n, const T& value = T())
        {
            if (n < size())
            {
                _finish =_start + n;
            }
            else
            {
                reserve(n);
                while (_finish < _start + n)
                {
                    *_finish = val;
                    ++_finish;
                }
            }
        }

重载[ ]（最爱的运算符！！！）

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

三、整体代码

#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 01
#include<iostream>
using namespace std;
namespace lt
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        // Vector的迭代器是一个原生指针
        typedef T* iterator;
        typedef const T* const_iterator;
        iterator begin()
        {
            return _start;
        }
        iterator end()
        {
            return _finish;
        }
        const_iterator begin() const
        {
            return _start;
        }
        const_iterator end() const
        {
            return _finish;
        }
            // construct and destroy
            vector()
                :_start(nullptr)
                ,_finish(nullptr)
                ,_endOfStorage(nullptr)
            {}
            vector(int n, const T& value = T())
            {
                reserve(n);
                for (int i = 0; i < n; i++)
                {
                    push_back(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);
            }
            }
        vector<T>& operator= (vector<T> v)
        {
            swap(v);
            return *this;
            }
        ~vector()
        {
            delete[] _start;
            _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
            }
            // capacity
             size_t capacity() const
        {
            return _endofstorage - _start;
        }
        size_t size() const
        {
            return _finish - _start;
        }
        bool empty()const
        {
            return size() == 0;
        }
        void reserve(size_t n)
        {
            if (n > capacity())
            {
                T* tmp = new T[n];
                size_t sz = size();
                if (_start)
                {
                    //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz)//这里用memcpy这里会导致string的vector出错，浅拷贝问题
                    for (size_t i = 0; i < sz; i++)
                    {
                        tmp[i] = _start[i];
                    }
                    delete[] _start;
                }
                _start = tmp;
                _finish = _start + sz;
                _endOfStorage = _start + n;
            }
        }
        void resize(size_t n, const T& value = T())
        {
            if (n < size())
            {
                _finish =_start + n;
            }
            else
            {
                reserve(n);
                while (_finish < _start + n)
                {
                    *_finish = val;
                    ++_finish;
                }
            }
        }
            ///access///
        T& operator[](size_t pos)
        {
            assert(pos < size());
            return _start[pos];
            }
        const T& operator[](size_t pos)const
        {
            assert(pos < size());
            return _start[pos];
            }
            ///modify/
            void push_back(const T& x)
            {/*
        if (_finish == _endofstorage)
        {
            reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
        }
        *_finish = x;
        ++_finish;*/
                insert(end(), x);
            }
            void pop_back()
            {
                assert(!empty());
                --_finish;
            }
            void swap(vector<T>& v)
            {
                std::swap(_start, v._start);
                std::swap(_finish, v._finish);
                std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
            }
                iterator insert(iterator pos, const T& x)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
            {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos <= finish);
                    if (_finish == _endOfStorage)
                    {
                        size_t len = pos - _start;//避免位置错误,因为在扩容后_start的地址会变化
                        reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
                        pos = start + len;//恢复位置
                    }
                    iterator end = _finish - 1;
                    while (end >= pos)//从后往前挪
                    {
                        *(end + 1) = *end;
                        --end;
                    }
                    *pos = x;
                    ++_finish;
            }
                iterator erase(Iterator pos)//迭代器失效，返回新的迭代器解决
                {
                    assert(pos >= _start);
                    assert(pos < _finish);
                    iterator it = pos + 1;//定义一个变量用于删除
                    while (it < _finish)
                    {
                        *(it - 1) = *it;
                        ++it;
                    }
                    --_finish;
                    return pos;
            }
    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

感谢你耐心的看到这里ღ( ´･ᴗ･` )比心，如有哪里有错误请踢一脚作者o(╥﹏╥)o！

【C++学习手札】模拟实现vector

一、vector实际的底层原理

二、vector的模拟实现

迭代器相关

基本操作（迭代器失效问题）

插入

删除

push_back（）

pop_back（）

swap（）

基本成员函数

构造函数

拷贝构造函数

析构函数

赋值运算符

空间管理

基本状态

扩容操作

resize（）

重载[ ]（最爱的运算符！！！）

三、整体代码

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