C++：STL——vector的模拟实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++：STL——vector的模拟实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录
1. vector的介绍和使用
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
- 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
- vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
- 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
- 与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。
更为详细的可以查看vector文档介绍。
2. vector的模拟实现
vector的嵌套型别定义
typedef _Ty value_type;
typedef value_type* iterator;
typedef value_type& reference;
typedef size_t size_type;
vector的成员变量
private:
iterator _start;
iterator _last;
iterator _end;
2.1 vector构造函数和拷贝构造函数
vector():_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{}
vector(size_type n,const _Ty& value):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
insert(n,value);
}
vector(iterator f,iterator l):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
insert(f,l);
}
vector(const vector<int>& iv)
{
reserve(iv.capacity());
iterator it = begin();
iterator vit = iv.end();
while (vit != iv.begin())
{
*it++ = *vit--;
}
}
2.2 insert函数和eraser函数
iterator insert(iterator pos,const _Ty& value)
{
//1.当size()==capacity()时，表明vector已满，再进行插入前需要进行扩容
if(size()== capacity())
{
size_type oldpos = pos - begin();
//这里需要防止一种情况：若vector为空的时候，他的capacity为0，这个时候给他直接扩容2倍是行不通的，
//因为2*0 = 0，因此就需要进行判断
size_type newcapacity = (capacity() == 0)? 1 : 2*capacity();
reserve(newcapacity);
//这里空间发生了变化，pos迭代器会失效，因此需要重新对pos进行设置
//reserve不会使vector的成员变量失效
pos = begin() + oldpos;
}
//2.当size() < capacity()时，表明vector未满，插入直接在pos的位置进行插入
//需要注意的是插入是在pos指向的位置进行插入，并且插入需要挪动数据，
//将pos位置之后的数据全部向后挪动一个,为防止元素被改写，则需要从后向前进行挪动
iterator tail = _last;
while(tail > pos)
{
*tail = *(tail-1);
--tail;
}
//这里要注意的是挪动数据时，因为没有对pos位置进行操作，所以pos位置的迭代器并没有失效，
//但是pos位置之后的迭代器全部失效了，但在这里并没有关系，我们并不会用到那些迭代器
*pos = value;
//插入完之后，一定要对_last指针+1，因为全部向后挪动了一个元素
++_last;
return pos;
}
void insert(size_type n,const _Ty& value)
{
for(int i = 0;i < n; ++i)
{
insert(end(),value);
}
}
void insert(iterator f,iterator l)
{
while(f!=l)
{
insert(end(),*f);
++f;
}
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start || pos < _last);
//1.删除pos位置的元素，就是将[pos,end()]这个区间向前挪动一个即可
iterator it = pos + 1;
while(it != _last)
{
*(it-1) = *(it);
++it;
}
--_last;
return pos;
}
2.3 reserve函数和resize函数
void reserve(size_type n)
{
//若 n 的值大于vector的容量，则开辟空间
//若 n 的值小于等于，则不进行任何操作
if(n > capacity())
{
//1.新开辟一个空间
size_type oldSize = size();
_Ty* newVector = new _Ty[n];
//2.将原空间的数值赋值到新空间
if(_start)
{
//注意：这里不能使用memcpy,因为memcpy是一个浅拷贝。
//memcpy(newVector,_start,sizeof(_Ty)*size());
for(size_type i = 0; i < oldSize; ++i)
{
newVector[i] = _start[i];
}
}
//3.改变三个指针的指向
//这里直接重新给三个成员进行赋值，所以调用reserve()函数不用担心迭代器失效的问题
_start = newVector;
_last = _start + oldSize;
_end = _start + n;
}
}
void resize(size_type n,const _Ty& value = _Ty())
{
//1.如果n的值小于等于size()的时候，则只需要将_last的指针往前移动即可
if(n <= size())
{
_last = _start + n;
return;
}
//2.如果n的值大于capacity()的时候，则需调用reserve()函数，重新设置容量大小
if(n > capacity())
{
reserve(n);
}
//若当n的值大于size()而小于capacity()的时候，只需将_last的指针往后移即可
iterator it = _last;
_last = _start + n;
while(it != _last)
{
*it = value;
++it;
}
//resize()函数也不需要担心迭代器失效的问题
}
2.4 push_back函数和pop_back函数
void push_back(const _Ty& value)
{
insert(end(),value);
}
void pop_back()
{
erase(end()-1);
}
2.5 begin函数和end函数
iterator begin()const
{
return _start;
}
iterator end() const
{
return _last;
}
2.6 size函数、capacity函数
size_type size()
{
return end()-begin();
}
size_type capacity()const
{
return _end-begin();
}
2.7 empty函数和operator[]重载
bool empty()const
{
return end() == begin();
}
reference operator[](size_type n)
{
return *(begin() + n);
}
2.8 完整代码和相应测试
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace mytest{
template<class _Ty>
class vector
{
public:
typedef _Ty value_type;
typedef value_type* iterator;
typedef value_type& reference;
typedef size_t size_type;
public:
iterator begin()const
{
return _start;
}
iterator end() const
{
return _last;
}
size_type size()
{
return end()-begin();
}
size_type capacity()const
{
return _end-begin();
}
bool empty()const
{
return end() == begin();
}
reference operator[](size_type n)
{
return *(begin() + n);
}
public:
vector():_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{}
vector(size_type n,const _Ty& value):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
insert(n,value);
}
vector(iterator f,iterator l):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
insert(f,l);
}
vector(const vector<int>& iv)
{
reserve(iv.capacity());
iterator it = begin();
iterator vit = iv.end();
while (vit != iv.begin())
{
*it++ = *vit--;
}
}
public:
void reserve(size_type n)
{
//若 n 的值大于vector的容量，则开辟空间
//若 n 的值小于等于，则不进行任何操作
if(n > capacity())
{
//1.新开辟一个空间
size_type oldSize = size();
_Ty* newVector = new _Ty[n];
//2.将原空间的数值赋值到新空间
if(_start)
{
//注意：这里不能使用memcpy,因为memcpy是一个浅拷贝。
//memcpy(newVector,_start,sizeof(_Ty)*size());
for(size_type i = 0; i < oldSize; ++i)
{
newVector[i] = _start[i];
}
}
//3.改变三个指针的指向
//这里直接重新给三个成员进行赋值，所以调用reserve()函数不用担心迭代器失效的问题
_start = newVector;
_last = _start + oldSize;
_end = _start + n;
}
}
void resize(size_type n,const _Ty& value = _Ty())
{
//1.如果n的值小于等于size()的时候，则只需要将_last的指针往前移动即可
if(n <= size())
{
_last = _start + n;
return;
}
//2.如果n的值大于capacity()的时候，则需调用reserve()函数，重新设置容量大小
if(n > capacity())
{
reserve(n);
}
//若当n的值大于size()而小于capacity()的时候，只需将_last的指针往后移即可
iterator it = _last;
_last = _start + n;
while(it != _last)
{
*it = value;
++it;
}
//resize()函数也不需要担心迭代器失效的问题
}
void push_back(const _Ty& value)
{
insert(end(),value);
}
void pop_back()
{
erase(end()-1);
}
iterator insert(iterator pos,const _Ty& value)
{
//1.当size()==capacity()时，表明vector已满，再进行插入前需要进行扩容
if(size()== capacity())
{
size_type oldpos = pos - begin();
//这里需要防止一种情况：若vector为空的时候，他的capacity为0，
//这个时候给他直接扩容2倍是行不通的，因为2*0 = 0，因此就需要进行判断
size_type newcapacity = (capacity() == 0)? 1 : 2*capacity();
reserve(newcapacity);
//这里空间发生了变化，pos迭代器会失效，因此需要重新对pos进行设置
//reserve不会使vector的成员变量失效
pos = begin() + oldpos;
}
//2.当size() < capacity()时，表明vector未满，插入直接在pos的位置进行插入
//需要注意的是插入是在pos指向的位置进行插入，并且插入需要挪动数据，
//将pos位置之后的数据全部向后挪动一个,为防止元素被改写，则需要从后向前进行挪动
iterator tail = _last;
while(tail > pos)
{
*tail = *(tail-1);
--tail;
}
//这里要注意的是挪动数据时，因为没有对pos位置进行操作，所以pos位置的迭代器并没有失效，
//但是pos位置之后的迭代器全部失效了，但在这里并没有关系，我们并不会用到那些迭代器
*pos = value;
//插入完之后，一定要对_last指针+1，因为全部向后挪动了一个元素
++_last;
return pos;
}
void insert(size_type n,const _Ty& value)
{
for(int i = 0;i < n; ++i)
{
insert(end(),value);
}
}
void insert(iterator f,iterator l)
{
while(f!=l)
{
insert(end(),*f);
++f;
}
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start || pos < _last);
//1.删除pos位置的元素，就是将[pos,end()]这个区间向前挪动一个即可
iterator it = pos + 1;
while(it != _last)
{
*(it-1) = *(it);
++it;
}
--_last;
return pos;
}
private:
iterator _start;
iterator _last;
iterator _end;
};
};
void Test1()
{
mytest::vector<int> iv;
cout << "iv.size() = " << iv.size() << endl;
cout << "iv.capacity() = " << iv.capacity() << endl;
iv.push_back(1);
iv.push_back(2);
iv.push_back(3);
iv.push_back(4);
cout << "iv.size() = " << iv.size() << endl;
cout << "iv.capacity() = " << iv.capacity() << endl;
mytest::vector<int>::iterator it = iv.begin();
while(it != iv.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
iv.pop_back();
iv.pop_back();
it = iv.begin();
while(it != iv.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void Test2()
{
mytest::vector<int以上是关于C++：STL——vector的模拟实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
C++初阶：STL —— vectorvector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现
C++初阶：STL —— vectorvector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现
C++初阶：STL —— listlist的介绍及使用 | list的深度剖析及模拟实现 | list与vector的对比