C++ ─── vector的模拟实现

知识点：

        ① 因为vector是模版，所以声明和定义都放在.h中，防止出现编译错误。

        .h不会被编译，在预处理中.h在.cpp中展开，所以在编译时只有.cpp

        而 .cpp顺序编译，只会进行向上查找，因此至少有函数的声明。

        ②memcpy的复习（浅拷贝）

        memcpy(dest , source,大小)

        ③ 拷贝构造也是构造函数（拷贝构造函数我们必须写，我们写的是深拷贝）
        但是有了拷贝构造函数，编译器就不会自己生成构造函数了，
        因为拷贝构造也是构造函数的一种，所以要强制生成
        强制编译器生成默认的构造函数,使用参数的缺省值生成默认构造函数，需要使用以下命令 
        vector() = default;

        ④拷贝构造函数和赋值重载函数的现代写法，

        拷贝构造：利用直接push_back

        赋值重载：利用实参传形参时的拷贝构造（vector<T>  x），直接改名。

        ⑤扩容之后和erase后，迭代器失效问题，需要及时更新。

        迭代器失效：1. 野指针  2. 越界访问

        ⑥find 函数在算法库，找不到就返回最后的迭代器。

目录

1.构造和销毁

        1.1.1 构造函数

        1.1.2  用迭代器区间初始化的构造函数        

        1.1.3  n个value的构造函数     

        1.1.4  initializer_list 构造函数

        1.2 拷贝构造函数

        1.3 赋值重载函数（利用形参时的拷贝构造函数生成的临时对象）

        1.4 析构函数

vector.h

test.cpp

从图中我们可以看出，vector的操作机制实际上是通过三个指针来实现的：

        _startv   _finish   _end_of_storage

        所以vector的基本成员变量为：

        因为vector的本质上是顺序表容器，只是存储的数据上变的更加多元化了，所以我们可以对基本成员做一些调整，将其改成迭代器相关的，方便我们后面写类成员函数。

//命名一个命名空间，在这个命名空间中实现我们自己的vector，这样能避免受库中vector的影响
namespace bmh
{template<class T>class vector{public://迭代器的实现typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:private:iterator _start = nullptr;//头iterator _finish = nullptr;//存储内容的尾iterator _end_of_storage = nullptr;//存储空间的尾部};

接下来，我们就开始进入今天的正题，模拟vector的五大步骤：

1、构造和销毁

2、迭代器相关

3、容量相关

4、元素访问

5、vector的修改

1.构造和销毁

        1.1.1 构造函数

        构造函数vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}// 拷贝构造也是构造函数（拷贝构造函数我们必须写，我们写的是深拷贝）// 但是有了拷贝构造函数，编译器就不会自己生成构造函数了，//因为拷贝构造也是构造函数的一种，所以如果想不写就要强制生成强制编译器生成默认的构造函数(使用参数的缺省值构造)的命令如下vector() = default;

        1.1.2  用迭代器区间初始化的构造函数
        

使用格式：
vector<int> v2(v1.begin() + 1, v1.end());
vector<int> v3(list1.begin() ,list2.end());//将list1中的数拷贝到vector<int>中


        将其构造函数写成函数模板，写的不是iterator ，而是 InpuIterator

        目的支持任意容器的迭代器 eg: list<int>的迭代器

        template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}

        1.1.3  n个value的构造函数
     

   使用格式：vector(10,10)C++对内置类型也补充了内置类型的构造函数,看下面的test5中 j=0std::string s1("c");vector(20,s1)

  

    //实现  vector(size_t n, const T& value = T())//T()代表用默认构造函数生成的匿名对象{reserve(n);//提高效率for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);//提高效率for (int i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}

        //但是上面这个函数会有一个特殊情况出现
        //例如对于vector<int>v4(10, 1);
        //由于v中的参数是(int，int)，所以编译器容易把它与迭代器相关的函数去配对
        //所以对于上面这个函数我们又写了一个vector(int n, const T& m = T())类型的来避免错误发生
        //这种情况下参数一定都为int型的，所以我们可以按顺序表的方式来写这个函数
        //解决编译器的选择问题
        vector(int n, const T& value = T())
        {
            reserve(n);//提高效率
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                push_back(value);
            }
        }

        1.1.4  initializer_list 构造函数

花括号知识点：

         单参数和多参数的隐式类型转换

class A{
public:A(int x1,int x2=0):a1(x1),a2(x2){}private:int a1= 0;int a2= 0;};int main()
{A aa1(1);A aa2 = 6;A a1{1};//不常见A aa3(1,1);A aa4 = {2,2};A a3{ 2,2 };//不常见return 0;
}

        initializer_list中包含两个指针（first ，last ）

        且支持 size()  , begin()  , end() ,范围for

auto il1 ={1,2,3,4};
initializer_list  il2 ={10,20,30,40};
这两个等价

vector<int> v1 ={1,2,3,4,5};不是多参数的隐式类型转换，这里的参数不固定，可以理解成是多个成员的隐式类型总和。

实现：
vector(initializer_list  il)
{reserve(il.size());for(auto  e :il ){push_back(e);}
}


        1.2 拷贝构造函数
 

        //vector<int> v3(v2);vector(const vector<T>& v2){reserve(v2.capacity());for (auto e: v2){push_back(e);}}

        1.3 赋值重载函数（利用形参时的拷贝构造函数生成的临时对象）
 

        //v3= v2;vector<T>& operator=( vector<T> v)//v是v2的临时拷贝，只需要将v3变成v即可（现代写法）{swap(v);return *this;}

        1.4 析构函数
 

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


 

vector.h

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<algorithm>namespace bmh
{template<class T>class vector{public:// 2、迭代器相关//迭代器的实现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;}size_t size()const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}// 1、构造和销毁//用迭代器区间构造函数//vector<int> v2(v1.begin() + 1, v1.end());//函数模板，写的不是iterator ，目的支持任意容器的迭代器 eg: list<int>的迭代器template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}//构造函数//vector()//:_start(nullptr)//,_finish(nullptr)//,_end_of_storage(nullptr)//{}// 拷贝构造也是构造函数（拷贝构造函数我们必须写，我们写的是深拷贝）// 但是有了拷贝构造函数，编译器就不会自己生成构造函数了，//因为拷贝构造也是构造函数的一种，所以要强制生成// 强制编译器生成默认的构造函数,使用参数的缺省值构造vector() = default;//n个value的构造函数//vector(10,10)// C++对内置类型也补充了内置类型的构造函数,看下面的test5中j=0// std::string s1("c");//vector(20,s1)vector(size_t n, const T& value = T())//T()代表用默认构造函数生成的匿名对象{reserve(n);//提高效率for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}//但是上面这个函数会有一个特殊情况出现//例如对于vector<int>v4(10, 1);//由于v中的参数是(int，int)，所以编译器容易把它与迭代器相关的函数去配对//所以对于上面这个函数我们又写了一个vector(int n, const T& m = T())类型的来避免错误发生//这种情况下参数一定都为int型的，所以我们可以按顺序表的方式来写这个函数//解决编译器的选择问题vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);//提高效率for (int i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}//initializer_list的构造函数vector(initializer_list  il){reserve(il.size());for(auto  e :il ){push_back(e);}}//拷贝构造函数//vector<int> v3(v2);vector(const vector<T>& v2){reserve(v2.capacity());for (auto e: v2){push_back(e);}}//赋值重载函数（利用形参时的拷贝构造生成的临时对象）//v3= v2;vector<T>& operator=( vector<T> v)//v是v2的临时拷贝，只需要将v3变成v即可（现代写法）{swap(v);return *this;}//析构函数~vector(){if (_start){delete[]_start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}}//3、容量相关void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t old_size = size();T* tmp = new T[n];if (_start)//不为空，拷贝原数据{memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());delete[] _start;}_start = tmp;_finish = tmp + old_size;//更新_finish_end_of_storage = tmp + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n <= size()){_finish = _start + n;}else{if (capacity() < n){reserve(n);}while (size() < n){push_back(value);}}}//4、元素访问T& operator[](size_t i){assert(i < size());assert(i >= 0);return _start[i];}const T& operator[](size_t i) const{assert(i < size());assert(i >= 0);return _start[i];}//5、vector的修改操作void push_back(const T& x){if (capacity() == size()){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}_start[size()] = x;//*_finish =x;_finish++;}void pop_back(){assert(size() > 0);--_finish;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}//在pos位置之前插入Xiterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);//不要忘了断言assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage)//扩容会导致迭代器失效，要去更新pos{size_t length = pos - _start;size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);pos = _start + length;}iterator it1 = _finish;while (it1 != pos)//挪动数据{*(it1) = *(it1 - 1);--it1;}*pos = x;_finish++;return pos;}iterator erase(iterator pos)//返回擦出后的下一个{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);size_t len = pos - _start;iterator it2 = pos;while (it2 < _finish){*(it2) = *(it2 + 1);++it2;}--_finish;if (size() > 0){return _start + len;}else{return nullptr;}}private:iterator _start = nullptr;//头iterator _finish = nullptr;//存储内容的尾iterator _end_of_storage = nullptr;//存储空间的尾部};void test1(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);v1.push_back(6);v1.push_back(7);v1.push_back(8);v1.push_back(9);for (auto e: v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity()<< std::endl;v1.resize(12,666);for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;v1.resize(6);for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;v1.pop_back();v1.pop_back();v1.pop_back();v1.pop_back();v1.pop_back();v1.pop_back();for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;/*v1.pop_back();*/for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;}void test2(){vector<int> v1;for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;v1.insert(v1.begin(), 10);v1.insert(v1.end(), 20);v1.insert(v1.end(), 30);v1.insert(v1.end(), 40);v1.insert(v1.end(), 50);v1.insert(v1.end(), 60);for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;v1.erase(v1.end()-1);v1.erase(v1.end()-1);int* it = v1.erase(v1.begin());std::cout << *it;/*	for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;std::cout << v1.size() << " " << v1.capacity() << std::endl;*/}void test3(){vector<int> v1;v1.push_back(10);v1.push_back(20);v1.push_back(30);v1.push_back(40);for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;vector<int> v2;v2 = v1;for (auto e : v2){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;}void test4(){vector<int> v1;v1.push_back(10);v1.push_back(20);v1.push_back(30);v1.push_back(40);for (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;vector<int> v2(v1.begin() + 1, v1.end());for (auto e : v2){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;}void test5(){int x = 0;int k = int();int j(10);std::cout << x << " " << j << " " << k << std::endl;}void test6(){std::string s1("c");vector<std::string> v1(5);//第二个参数省略，用缺省值vector<std::string>v2(5, s1);vector<std::string>v3(5, "aa");//vector<std::string>v3(5, 1);会报错，系统认为与template<class InputIterator>更匹配//vector(InputIterator first,InputIterator last)vector<int> v4((size_t)5, 1);//5u指的是unsigned_intfor (auto e : v1){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;for (auto e : v2){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;for (auto e : v3){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;for (auto e : v4){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;vector<int> v5(10, 1);for (auto e : v5){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;}}

test.cpp

#include"vector.h"int main()
{bit::test6();return 0;
}

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