C++STL第二篇:vector类的介绍及模拟实现

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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第二篇:vector类的介绍及模拟实现相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

前言

一、标准库中的vector类

vector类的文档介绍
1、vector是表示可变大小数组的序列容器
2、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。
3、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。
4、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。
5、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。
6、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。

二、vector的使用及模拟实现

📖vector()

vector()无参构造 ,构造一个空容器,没有元素

简单的模拟实现,通过vector()来构造一个空的容器,没有元素

模拟实现

#include<iostream>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			vector()
				:_start(nullptr)
				, _finish(nullptr)
				, _endOfStorage(nullptr)
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

_start:指向vector的第一个元素。
_finish:指向vector最后一个元素的后一个位置。
__endOfStorage:指向vector容量的后面位置。

📖vector(size_type n, const value_type& val = value_type())

vector(size_type n, const value_type& val = value_type())构造并初始化n个val

构建一个带有n元素的容器。每个元素都是val的复制品。

使用

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()

	vector<int> v1(10,1);
	for(auto& e:v1)
	
		cout<<e<<" ";
	
	cout<<endl;
	return 0;


模拟实现

#include<iostream>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			
			vector(size_t n, const T& val = T())//T()缺省参数//拷贝构造
				:_start(nullptr)
				, _finish(nullptr)
				, _endOfStorage(nullptr)
			
				T* tmp = new T[n];
				_start = tmp;
				_finish = _start + n;
				_endOfStorage = _start + n;
				T* it = _start;
				while (it!=_finish)
				
					*it = val;
					it++;
				
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖vector (const vector& x)

vector (const vector& x)拷贝构造

以相同的顺序构建一个容器,其中每个元素的副本为x。

使用

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()

	vector<int> v1(10,1);
	vector<int> v2(v1);
	for(auto& e:v2)
	
		cout<<e<<" ";
	
	cout<<endl;
	return 0;


模拟实现

#include<iostream>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			
			vector(const vector<T>& v)
				:_start(nullptr)
				, _finish(nullptr)
				, _endOfStorage(nullptr)
			
				T*temp = new T[v.capacity()];
				_start = temp;
				for (size_t i = 0;i<v.size();i++)
				
					_start[i] = v._start[i];
					
				_finish = _start + v.size();
				_endOfStorage = _start + v.size();
						
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖~vector()

~vector()清理数据

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			~vector()
			
				assert(!empty());
				delete[]_start;
				_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
						
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖 iterator begin()和iterator const_iterator begin()

iterator begin()获取第一个数据位置
iterator const_iterator begin()获取第一个数据位置,但是不能修改

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			iterator begin()
			
				return _start;
			
			conat_iterator begin()const
			
				return _start;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖iterator end()和iterator const_iterator end()

iterator end()获取最后一个数据位置
iterator const_iterator end()获取最后一个数据位置,但是不能修改

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			iterator end()
			
				return _finish;
			
			conat_iterator end()const
			
				return _finish;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖size() const

size() const;获取数据个数

返回vector中的元素数。这是载体中实际物体的数量,不一定等于其存储容量。

使用

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()

	vector<int> v1(10,1);
	cout<<v1.size()<<endl;
	return 0;


模拟现实

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			size_t size()const
			
				return _finish - _start;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖 capacity() const

capacity() const获取容量大小

返回目前分配给vector的存储空间的大小

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			size_t capacity()const
			
				return _endOfStorage - _start;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖empty() const

empty() const判断是否为空

返回vector是否为空(即其大小是否为0)

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			bool empty()
			
				return _start == _finish;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖void reserve (size_type n)

void reserve (size_type n)改变vector的capacity

要求vector容量至少足以包含n元素。
如果 n 大于当前vector容量,则函数会导致容器重新分配其存储,使其容量增加到 n(或更高)。
在所有其他情况下,函数调用不会导致重新分配,并且vector容量不受影响。
此功能对矢量大小没有影响,无法更改其元素.

使用

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()

	vector<int> v1(10,1);
	cout<<"vector当前容量:"<<v1.capacity()<<endl;
	for (auto& e : v1)
	
		cout << e << " ";
	
	cout<<endl;
	v1.reserve(12);
	cout<<"情况一,12>vector当前容量"<<v1.capacity()<<endl;
	for (auto& e : v1)
	
		cout << e << " ";
	
	cout<<endl;
	cout <<"用reserve扩容不会改变vector里的元素" << endl;
	return 0;

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()

	vector<int> v1(10,1);
	cout<<"vector当前容量:"<<v1.capacity()<<endl;
	v1.reserve(8);
	cout<<"情况一,8<vector当前容量"<<v1.capacity()<<endl;
	cout <<"当n<vector当前容量,vector容量不受影响" << endl;
	cout<<endl;
	return 0;


模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			void reserve(size_t n)//temp是临时变量,当这个函数执行结束时,temp自动销毁
			
				if (n > capacity())
				
					size_t sz=size();
					T* tmp = new T(n);//开辟n个T类型的连续的空间
					if (_start)
					
						for (size_t i = 0; i < sz; i++)
						
							tmp[i] = _start[i];//这里要用for循环来赋值
						
						delete[]_start;
					
					//指针指向新开辟的空间
					_start = tmp;
					_finish = _start + sz;
					_endOfStorage = _start + n;
			
		
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

注意:在实现reserve()时,我用了for循环来给新开辟的空间赋值,而不是用memcpy。
如果在reserve中使用memcpy来给新开辟的空间赋值的话,在一些情况下会有bug。例如,当vector中是存放着字符串时,然后用reserve开辟更多的空间,就会时新开辟的空间里的_start指向一处被释放的空间,原数据被清理了。

memcpy会把指向string的指针拷贝到新开辟的空间中,但不会把存放字符串的空间一起拷贝下来,使得在reserve后,旧空间存放字符串的数据被清理了。
而使用for循环来赋值,则是因为通过赋值运算符来调用string中的重载来进行深拷贝。
总结:T如果是内置类型或者是浅拷贝自定义类型(Date),我们可以用memcpy。但T是深拷贝自定义类型(string)就不能使用memcpy,应使用 for+赋值。

📖void resize (size_type n, value_type val = value_type())

void resize (size_type n, value_type val = value_type())改变vector的size

调整容器大小,使其包含n元素。
如果 n 小于当前容器大小,则内容将减少到其第一个 n 元素,删除超出(并销毁它们)的内容。
如果 n 大于当前容器大小,则内容通过在末端插入尽可能多的元素来扩展,以达到 n 的大小。
如果Val被指定,则新元素将初始化为val的副本,否则,它们将具有价值初始化。如果 n 也大于当前的容器容量,则会自动重新分配分配的存储空间。

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			void resize(size_t n, const T& value = T())
			
				if (n < size())
				
					_finish = _start + n;
				
			else
				
					if (n>capacity())
					
						reserve(n);
					
					while (_finish<_start+n)
					
						*_finish = value;
						++_finish;
					
				
				
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖void push_back (const value_type& val)

void push_back (const value_type& val)尾插

在vector末端添加一个新的元素,在它当前的最后一个元素之后

代码实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			void push_back(const T& x)
			
				if (_finish == _endOfStorage)
				
					int _capacity = 0 == capacity() ? 4 : capacity() * 2;
					reserve(_capacity);
				
				*_finish = x;
				_finish++;
		
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

📖void pop_back()

void pop_back()尾删

去除载体中的最后一个元素,有效地将容器大小减小一个。

模拟实现

#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace cxy

	template <class T>//类模板
	class vector
	
		public:
			typedef T* iterator;
			typedef const T* conat_iterator;
			void pop_back()
				
				if (empty())
				--_finish;
			
		private:
			iterator _start;
			iterator _finish;
			iterator _endOfStorage;
	;

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