vector基本内容与增删查改的模拟实现

Posted 2021-09-04 程序猿是小贺

1.基本内容

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。
   vector文档介绍
   **

2.vector 迭代器失效问题。

迭代器的其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，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)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
2. 指定位置元素的删除操作–erase

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值。

vector增删查改模拟实现

namespace bit

{
  template<class T>
  class vector
  {
  public:
    // Vector的迭代器是一个原生指针
    typedef T* iterator；
    typedef const T* const_iterator；
    iterator begin()
    {
      return _start;
    }
    iterator end()
    {
      return _finish;
    }
    const_iterator cbegin()const
    {
      return _start;
    }
    const_iterator cend() const
    {
      return _finish;
    }

    // construct and destroy

    vector(): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr)
    {}
    vector(int n, const T& value = T())
      : _start(nullptr), _finish(nullptr),_endOfStorage(nullptr)
    {
      reserve(n);
      while (n--)
      {
        push_back(value);
      }
    }
    template<class InputIterator>
    vector(InputIterator first, InputIterator last)
    {
      reserve(last - first);
      while (first != last)
      {
        push_back(*first);
        ++first;
      }
    }
    vector(const vector<T>& v)
      : _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr)
    {
      reserve(v.capacity());
      iterator it = begin();
      const_iterator vit = v.cbegin();
      while (vit != v.cend())
      {
       *it++ = *vit++;
      }
      _finish = _start + v.size();
      _endOfStorage = _start + v.capacity();
    }
    vector<T>& operator= (vector<T> v)
    {
      swap(v);
      return *this;
    }
    ~vector()
    {
      delete[] _start;
      _start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
    }
    // capacity
    size_t size() const 
    {
      return _finish - _start;
    }
    size_t capacity() const
    {
      return _endOfStorage - _start;
    }
    void reserve(size_t n)
    {
      if (n > capacity())
      {
        size_t oldSize = size();
        T* tmp = new T[n];
        if (_start)
        {
          for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
          tmp[i] = _start[i];
        }
        _start = tmp;
        _finish = _start + size;
        _endOfStorage = _start + n;
      }
    }
    void resize(size_t n, const T& value = T())
    {
      // 1.如果n小于当前的size，则数据个数缩小到n
      if (n <= size())
      {
        _finish = _start + n;
        return;
      }
      // 2.空间不够则增容
      if (n > capacity())
       reserve(n);
      // 3.将size扩大到n
      iterator it = _finish;
      iterator _finish = _start + n;
      while (it != _finish)
      {
        *it = value;
        ++it;
      }
    }
   ///access///

    T& operator[](size_t pos)
    {
      return _start[pos];
    }
    const T& operator[](size_t pos)const
    {
      return _start[pos];
    }
  ///modify/
    void push_back(const T& x)
    {
      insert(end(), x);
    }
    void pop_back()
    {
      erase(--end());
    }
    
    void swap(vector<T>& v)
    {
      swap(_start, v._start);
      swap(_finish, v._finish);
      swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
    }
    iterator insert(iterator pos, const T& x)
    {
      assert(pos <= _finish);
      // 空间不够先进行增容
      if (_finish == _endOfStorage)
      {
        size_t size = size();
        size_t newCapacity = (0 == capacity())? 1 : capacity() * 2;
        reserve(newCapacity);
        // 如果发生了增容，需要重置pos
        pos = _start + size;
      }
      iterator end = _finish - 1;
      while (end >= pos)
      {
        *(end + 1) = *end;
        --end;
      }
      *pos = x;
      ++_finish;
      return pos;
    }
    // 返回删除数据的下一个数据
// 方便解决:一边遍历一边删除的迭代器失效问题
    iterator erase(Iterator pos)
    {
      // 挪动数据进行删除
      iterator begin = pos + 1;
      while (begin != _finish) 
      {
        *(begin - 1) = *begin;
        ++begin;
      }
      --_finish;
      return pos;
    }

  private:
    iterator _start; // 指向数据块的开始
    iterator _finish; // 指向有效数据的尾
    iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾

  };

}