💡前言
点击跳转到文章：vector容器的基本使用
上篇文章已经介绍了vector容器的基本使用，这篇文章主要选择vector中一些核心的，基本的接口进行模拟实现。
注意：由于我们模拟实现时使用了类模板，所以不建议进行文件分离，不然会产生链接错误。所以我们把函数都写在.h文件中，在Test.cpp文件中进行测试。
首先我们先给出vector类：
#include <assert.h> #include <vector> #include <iostream> using namespace std; template<class T> class vector { public: // Vector的迭代器是一个原生指针 typedef T* iterator; typedef T* const_iterator; //...... private: iterator _start = nullptr;//指向开始位置的指针 iterator _finish = nullptr;//指向最后一个位置的下一个位置的指针 iterator _end_of_storage = nullptr;//指向存储容量的尾 };
一，构造函数
在vector文档中，构造函数分为好几个类型，下面分别进行介绍：
1 . 强制编译器生成默认构造
无参构造
vector() = default;
2 . 拷贝构造
//v2(v1); vector(const vector<T>& v) { //提前预开空间，避免边尾插边扩容 reserve(v.capacity()); for (auto e : v) { //this->push_back(e); push_back(e); } }
3. 用迭代器区间初始化
(1) 一个类模版的成员函数可以写成函数模版。
(2) 若使用iterator做迭代器，会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器，重新声明迭代器，迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器。
template <class InputIterator> vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last) { push_back(*first); ++first; } }
4. 用n个val值构造
vector(size_t n, const T& val = T()) { reserve(n); for (size_t i = 0; i < n; i++) { push_back(val); } } vector(int n, const T& val = T()) { reserve(n); for (size_t i = 0; i < n; i++) { push_back(val); } }
具体使用：
//初始化3个空 vector<string> v1(3); //初始化为3个xx vector<string> v2(3, "xx"); //初始化为3个1 vector<int> v3(3, 1);//err 非法的间接寻址.参数匹配问题 vector<int> v3(3u, 1);//ok //如果非要这样传参数，就需要再重载一个构造 vector<int> v3(3, 1);
(1) 为什么要重载两个类似的构造？
理论上将，提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了，但是对于：vector< int > v(10, 5);
编译器在编译时，认为T已经被实例化为int，而10和5编译器会默认其为int类型， 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法， 最终选择的是：vector(InputIterator first, InputIterator last)。因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致，因此编译器就会InputIterator实例化为int，但是10和5根本不是一个区间，编译时就报错了，故需要增加该构造方法。
(2) T()是什么？
T()是缺省值，注意这里不能给0，因为T可能为自定义类型，当T为内置类型的时候，也ok。因为C++对内置类型进行了升级，也有构造，为了兼容模版。
5. initializer_list 的构造
(1) C++11新增的类模板initializer_list，方便用花括号初始化。
(2) 这里不需要传引用&，因为不涉及拷贝问题，它的内部其实有两个指针，一个指向第一个值的位置，一个指向最后一个值的下一个位置，并且支持迭代器。
vector(initializer_list<T> il) { reserve(il.size()); for (auto e:il) { push_back(e); } }
具体使用：
支持被花括号括起的任意个数的值给 initializer_list
auto il1 = { 1,3,4,5,6,7 }; initializer_list<int> il2 = { 1,2,3 }; //这里的隐式类型转换不一样，参数个数不固定 vector<int> v4 = { 7,8,9,4,5 };//隐式类型转换 vector<int> v5({ 4,5,6 });//直接构造
二，析构函数
~vector() { if (_start) { delete[] _start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; } }
三，关于迭代器
iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin()const { return _start; } const_iterator end()const { return _finish; }
四，有关数据个数与容量
//计算有效数据个数 size_t size()const { return _finish - _start; } //计算当前容量 size_t capacity()const { return _end_of_storage - _start; }
五，交换函数swap
与string类类似，依然调用库里的swap函数，进行指针的交换。
void swap(vector<T>& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); }
六，赋值拷贝
与string类的现代写法相同。
//赋值拷贝 //v3 = v1; vector<T>& operator=(const vector<T> v) { swap(v); return *this; }
七，[ ]运算符
//[]运算符 T& operator[](size_t pos) { //断言，避免下标越界 assert(pos < size()); return _start[pos]; }
八，预留空间(扩容)
void reserve(size_t n) { //由于开空间后_start指向改变，所以要提前记录原来的有效数据个数 //以便在新空间中更新_finish的位置 size_t old_size = size(); if (n > capacity()) { T* tmp = new T[n];//开新空间 if (_start) { //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size); for (size_t i = 0; i < old_size; i++) { //此时这里的赋值调用的是string的赋值，肯定是深拷贝 tmp[i] = _start[i]; } delete[] _start;//释放旧空间 } _start = tmp;//改变指向，指向新空间 //在新空间里更新_finish，_end_of_storage的位置 _finish = _start + old_size; _end_of_storage = _start + n; } }
8.1 使用memcpy拷贝问题(重点)
假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？
int main() { bite::vector<bite::string> v; v.push_back("2222"); v.push_back("2222"); v.push_back("2222"); return 0; }
问题分析：
(1) memcpy是内存的二进制格式拷贝，按字节拷贝，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。
(2) 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
图解如下：
当把原空间里的"2222"拷贝进新空间后，delete会先对原空间的每个对象调用析构函数，再把原空间销毁，但是此时tmp仍指向那块空间，变成野指针了！
复用赋值进行修改后：
此时这里的赋值调用的是string的赋值，肯定是深拷贝
九，尾插和尾删数据
//尾插数据 void push_back(const T& x) { if (_finish == _end_of_storage) { size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); } *_finish = x; ++_finish; } //尾删 void pop_back() { //断言，确保有数据可删 assert(size() > 0); --_finish; }
十，插入数据 insert
//void insert(iterator pos, const T& x) iterator insert(iterator pos, const T& x) { //断言，判断下标的有效性 assert(pos >= _start && pos <= _finish); //判断是否扩容 if (_finish == _end_of_storage) { size_t len = pos - _start; size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newcapacity); //insert函数的内部迭代器失效问题：类似于野指针问题 //扩容后pos位置失效，需要重新计算pos pos = _start + len; } //挪动数据再插入 iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *(end + 1) = x; ++_finish; //返回新插入那个位置的迭代器 return pos; }
十一，删除数据 erase
iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator end = pos + 1; while (end != _finish) { *(end - 1) = *end; ++end; } --_finish; //返回删除位置的下一个位置的迭代器 return pos; }
十二，insert和erase的迭代器失效问题(重点)
1. 什么是迭代器失效？
迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。
2. insert 的迭代器失效
2.1 insert 内部pos位置的失效
当刚好执行了扩容操作这一步时，由于要开辟新空间，拷贝数据，释放空间，改变空间指向。但是此时pos位置还在原空间，这就使pos变成了野指针，如果对该位置进行访问，就会导致程序崩溃。
所以在函数内部，扩容后我们要更新pos迭代器！
2.2 insert 以后外部的实参失效
演示代码如下：
void vector_test2() { vector<int> v1; v1.push_back(1); v1.push_back(2); v1.push_back(3); v1.push_back(4); for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++) { cout << v1[i] << " "; } cout << endl; //输入x，查找是否存在，如果存在，在该位置前插入10 int x; cin >> x; vector<int>::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), x); //用返回值接收 it = v1.insert(it, 10); //建议失效后的迭代器不要访问，除非使用返回值。 cout << *it << endl; for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++) { cout << v1[i] << " "; } cout << endl; }
insert以后it这个实参会不会失效呢？答案是：会的。
在扩容的时候一定会导致迭代器失效。因为虽然在insert内部形参修正了，但是形参的改变不影响实参。
迭代器失效的建议是：不要使用失效的迭代器！
如果非要访问此时插入的那个位置，必须使用 insert 的返回值，返回的是新插入那个位置的迭代器。
3. erase 以后的迭代器失效
erase 以后的迭代器失效问题比较复杂，它与平台相关。
代码演示如下：
int main() { int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int)); // 使用find查找3所在位置的iterator vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3); // 删除it位置的数据，导致it迭代器失效。 //v.erase(it); // err it = v.erase(it); // ok cout << *it<< endl; // 此处会导致非法访问 return 0; }
erase 以后it这个实参会不会失效呢？答案是：会的。
erase删除pos位置元素后，it位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果it刚好是最后一个元素，删完之后it刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么it就失效了。或者说某个编译器有这样的机制：当删除到一定的数量时，会进行缩容处理，此时it也就相当于野指针了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了，后面元素会牵扯到移动数据，因此删除元素后面的迭代器也会失效。
如果非要访问这个位置，也需要用返回值重新赋值，返回的是删除数据的下一个位置的迭代器！
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数：
int main() { vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 }; auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) //v.erase(it); // err it = v.erase(it); // ok ++it; } return 0; }
这个代码在VS平台下一定会运行崩溃！因为删除后it位置已经失效了，此时再对it进行访问(++操作或是解引用操作都是)会程序报错。
但是在Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端，所以正常运行。
注意：
- 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效，但是string的插入一般由下标控制，虽然也重载了迭代器版本，但是并不常用。
综上所述，迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
