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vector模拟实现

2023-12-01 17
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简介： vector模拟实现

vector介绍

vector 是 C++ 标准库中的一个容器类模板，提供了动态数组的功能。它能够在运行时根据需要自动调整大小，并且支持快速的随机访问。

vector 的特点包括：

  1. 动态大小： vector 能够自动调整大小以容纳存储的元素。当元素数量增加时，vector 会自动分配更多的内存空间来容纳新的元素。
  2. 连续存储： vector 使用连续的内存块存储元素，因此可以通过指针算术运算来实现快速的随机访问。
  3. 快速插入和删除： 在 vector 的末尾插入或删除元素的操作具有较低的时间复杂度。然而，在中间位置插入或删除元素需要移动后续元素的成本较高。
  4. 随机访问： 可以通过索引来直接访问 vector 中的元素，而不需要遍历整个容器。
  5. 迭代器支持： vector 提供了迭代器来遍历容器中的元素，包括正向迭代器和反向迭代器。
  6. 内存管理： vector 负责管理存储元素的内存，可以自动分配和释放内存。
  7. 使用 vector 可以方便地存储和操作一组元素，它提供了许多成员函数和操作符重载来实现元素的插入、删除、访问和修改等操作。由于 vector 是一个模板类，可以存储任意类型的对象，包括内置类型和自定义类型。

思路

为了实现了一个简化版的动态数组类 vector，我们需要进行以下操作：

  1. 首先，定义一个 vector 类，并声明了一些成员函数和类型别名。其中 iterator 表示迭代器类型，begin() 和 end() 函数分别返回指向容器起始和结束位置的迭代器。
  2. 然后，类中的私有成员变量包括 _start、_finish 和 _endofstorage，它们分别表示指向容器起始位置、结束位置和分配的内存结束位置的迭代器。
  3. 接下来，实现构造函数、拷贝构造函数和范围构造函数，用于创建 vector 对象。构造函数可以接受不同的参数形式，包括空构造、拷贝构造和范围构造。
  4. 然后，还需要实现一些其他的成员函数：
    如 swap() 函数用于交换两个 vector 对象的内容，
    operator= 重载函数用于实现赋值操作，
    push_back() 函数用于在容器末尾添加元素，
    capacity() 函数用于获取容器的容量，
    size() 函数用于获取容器的大小，
    reserve() 函数用于调整容器的容量，
    resize() 函数用于调整容器的大小，并可以指定默认值，
    insert() 函数用于在指定位置插入元素，
    erase() 函数用于删除指定位置的元素，
    operator[] 重载函数用于通过索引访问容器中的元素。

代码

#pragma once
#include <assert.h>
//模拟实现
namespace hsl
{
  template <class T>
  class vector
  {
  public:
    typedef T* iterator;
    iterator begin()
    {
      return _start;
    }
    iterator end()
    {
      return _finish;
    }
    vector()
    {}
    vector(const vector<T>& v)
    {
      reserve(v.capacity());
      for (auto& e : v)
      {
        push_back(e);
      }
    }
    template <class InputIterator>
    vector(InputIterator first, InputIterator last)
    {
      while (first != last)
      {
        push_back(*first);
        first++;
      }
    }
    vector(size_t n,const T& val=T())
    {
      for (size_t i = 0; i < n; i++)
      {
        push_back(val);
      }
    }
    vector(int n, const T& val = T())
    {
      for (int i = 0; i < n; i++)
      {
        push_back(val);
      }
    }
    void swap(vector<T>& v)
    {
      std::swap(_start, v._start);
      std::swap(_finish,v._finish );
      std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
    }
    vector<T>& operator =(vector<T>& v)
    {
      swap(v);
      return *this;
    }
    ~vector()
    {
      delete[] _start;
      _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
    }
    void push_back(const T& x)
    {
      if (_finish == _endofstorage)
      {
        size_t cp;
        reserve(cp = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
      }
      *_finish = x;
      ++_finish;
    }
    size_t capacity() const
    {
      return _endofstorage - _start;
    }
    size_t size() const
    {
      return _finish - _start;
    }
    void reserve(size_t n)
    {
      if (n > capacity())
      {
        T* tmp = new T[n];
        size_t sz = size();
        if (_start)
        {
        //  memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * n);
          for (size_t i = 0; i < size(); i++)
          {
            tmp[i] = _start[i];
          }
          delete[] _start;
        }
        _start = tmp;
        _finish = _start+sz;
        _endofstorage = _start + n;
      }
    }
    void resize(size_t n,T val = T())
    {
      if (n <= size())
      {
        _finish = _start + n;
      }
      else
      {
        reserve(n);
        /*int begin = size();
        while (begin < n)
        {
          push_back(val);
          begin++;
        }*/
        while (_finish < _start + n)
        {
          *(_finish) = val;
          ++_finish;
        }
      }
    }
    void insert(iterator pos,const T& x)
    {
      assert(pos >= _start);
      assert(pos <= _finish);
      if (_finish == _endofstorage)
      {
        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;
    }
    iterator erase(iterator pos)
    {
      assert(pos >= _start);
      assert(pos < _finish);
      auto it = pos;
      while (it < _finish)
      {
        *it = *(it + 1);
        it++;
      }
      --_finish;
      return pos;
    }
    T& operator[](size_t pos)
    {
      assert(pos < size());
      return _start[pos];
    }
  private:
    iterator _start=nullptr;
    iterator _finish=nullptr;
    iterator _endofstorage=nullptr;
  };
  //测试函数
  void test_vector1()
  {
    vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(5);
    v1.push_back(6);
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    auto it = v1.begin();
    while (it != v1.end())
    {
      if (*it % 2 == 0)
      {
        it=v1.erase(it);
      }
      else
      {
        it++;
      }
    }
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e<<" ";
    }
    cout << endl;
  }
  void test_vector2()
  {
    vector<string> v1;
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }
  void test_vector3()
  {
    vector<int> v1(10,1);
    vector<int> v2;
    v2 = v1;
    for (auto e : v2)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }
}

代码（有注释版）

#pragma once
#include <assert.h>
namespace hsl
{
template <class T>
class vector
{
public:
  typedef T* iterator;  // 迭代器类型定义为指向 T 类型的指针
  iterator begin()  // 返回指向容器起始位置的迭代器
  {
    return _start;
  }
  iterator end()  // 返回指向容器结束位置的迭代器
  {
    return _finish;
  }
  vector()  // 默认构造函数
  {}
  vector(const vector<T>& v)  // 拷贝构造函数
  {
    reserve(v.capacity());  // 根据 v 的容量分配内存
    for (auto& e : v)  // 遍历 v 中的元素
    {
      push_back(e);  // 将元素添加到当前 vector 中
    }
  }
  template <class InputIterator>
  vector(InputIterator first, InputIterator last)  // 范围构造函数
  {
    while (first != last)  // 遍历指定范围内的元素
    {
      push_back(*first);  // 将元素添加到当前 vector 中
      first++;  // 移动迭代器
    }
  }
  // 构造函数：创建一个指定大小的 vector，并用指定的值进行初始化
  vector(size_t n, const T& val = T())
  {
    for (size_t i = 0; i < n; i++)
    {
      push_back(val);  // 将指定值 val 添加到 vector 中
    }
  }
  // 构造函数：创建一个指定大小的 vector，并用指定的值进行初始化
  vector(int n, const T& val = T())
  {
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
      push_back(val);  // 将指定值 val 添加到 vector 中
    }
  }
  // 交换两个 vector 对象的内容
  void swap(vector<T>& v)
  {
    std::swap(_start, v._start);  // 交换容器的起始位置
    std::swap(_finish, v._finish);  // 交换容器的结束位置
    std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);  // 交换容器的内存结束位置
  }
  // 赋值运算符重载
  vector<T>& operator =(vector<T>& v)
  {
    swap(v);  // 交换当前 vector 和 v 的内容
    return *this;  // 返回当前 vector 对象
  }
  // 析构函数：释放 vector 对象所占用的内存
  ~vector()
  {
    delete[] _start;  // 释放内存
    _start = _finish = _endofstorage = nullptr;  // 将迭代器置空
  }
  // 在 vector 的末尾添加一个元素
  void push_back(const T& x)
  {
    if (_finish == _endofstorage)  // 如果内存空间不足
    {
      size_t cp;
      reserve(cp = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);  // 扩容
    }
    *_finish = x;  // 将元素 x 添加到末尾
    ++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
  }
  // 返回 vector 的容量大小
  size_t capacity() const
  {
    return _endofstorage - _start;  // 返回分配的内存大小
  }
  // 返回 vector 的元素个数
  size_t size() const
  {
    return _finish - _start;  // 返回当前元素个数
  }
  // 调整 vector 的容量
  void reserve(size_t n)
  {
    if (n > capacity())  // 如果需要的容量大于当前分配的内存大小
    {
      T* tmp = new T[n];  // 申请新的内存空间
      size_t sz = size();
      if (_start)  // 如果原始 vector 不为空
      {
        for (size_t i = 0; i < size(); i++)
        {
          tmp[i] = _start[i];
        }
        delete[] _start;
      }
      _start = tmp;  // 更新起始位置的迭代器
      _finish = _start + sz;  // 更新结束位置的迭代器
      _endofstorage = _start + n;  // 更新内存结束位置的迭代器
    }
  }
  // 调整 vector 的大小，并用指定的值填充新元素
  void resize(size_t n, T val = T())
  {
    if (n <= size())  // 如果指定大小小于等于当前元素个数
    {
      _finish = _start + n;  // 更新结束位置的迭代器
    }
    else
    {
      reserve(n);  // 调整容器的容量
      while (_finish < _start + n)  // 如果结束位置的迭代器还未到达指定大小
      {
        *(_finish) = val;  // 添加指定值 val 到结束位置
        ++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
      }
    }
  }
  // 在指定位置插入一个元素
  void insert(iterator pos, const T& x)
  {
    assert(pos >= _start);  // 断言：插入位置在合法范围内
    assert(pos <= _finish);
    if (_finish == _endofstorage)  // 如果内存空间不足
    {
      size_t len = pos - _start;
      reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);  // 扩容
      pos = _start + len;  // 更新插入位置的迭代器
    }
    iterator end = _finish - 1;  // 获取原始结束位置的迭代器
    while (end >= pos)  // 从插入位置开始，将元素后移一位
    {
      *(end + 1) = *end;
      end--;
    }
    *pos = x;  // 在插入位置处添加元素
    ++_finish;  // 更新结束位置的迭代器
  }
  // 删除指定位置的元素
  iterator erase(iterator pos)
  {
    assert(pos >= _start);  // 断言：删除位置在合法范围内
    assert(pos < _finish);
    iterator begin = pos + 1;  // 获取删除位置的下一个位置的迭代器
    while (begin != _finish)  // 将元素前移一位
    {
      *(begin - 1) = *begin;
      ++begin;
    }
    --_finish;  // 更新结束位置的迭代器
    return pos;  // 返回删除位置的迭代器
  }
  // 重载 [] 运算符，通过索引访问容器中的元素
  T& operator [](size_t index)
  {
    assert(index >= 0 && index < size());  // 断言：索引在合法范围内
    return _start[index];  // 返回对应索引位置的元素引用
  }
private:
  iterator _start;        // 指向容器起始位置的迭代器
  iterator _finish;       // 指向容器结束位置的迭代器
  iterator _endofstorage; // 指向容器分配的内存结束位置的迭代器
};
  void test_vector1()
  {
    vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(5);
    v1.push_back(6);
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    auto it = v1.begin();
    while (it != v1.end())
    {
      if (*it % 2 == 0)
      {
        it=v1.erase(it);
      }
      else
      {
        it++;
      }
    }
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e<<" ";
    }
    cout << endl;
  }
  void test_vector2()
  {
    vector<string> v1;
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    v1.push_back("xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx");
    for (auto e : v1)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }
  void test_vector3()
  {
    vector<int> v1(10,1);
    vector<int> v2;
    v2 = v1;
    for (auto e : v2)
    {
      cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
  }
}

（本章完）

文章标签：
容器
存储
C++
索引
块存储
originalHSL.
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