序列式容器

Posted 2021-03-03 tianzeng

vector

　　线性的动态分配存储空间。定义如下

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector
{
public:
    // 类型相关定义
    typedef T value_type;
    typedef value_type* pointer;
    typedef value_type* iterator;
    typedef value_type& reference;
    typedef size_t size_type;
    typedef ptrdiff_t difference_type;

protected:
    //定义配置器
    typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;
    
    iterator start;             // 内存起始地址
    iterator finish;            // 当时使用内存的末尾地址，每次插入和删除都会修改
    iterator end_of_storage;     // 内存的结束地址
    
    // 关键函数，在某个位置插入一个数据
    void insert_aux(iterator position, const T& x);
    
    // 使用配置器释放内存
    void deallocate() 
    {
        if (start)
            data_allocator::deallocate(start, end_of_storage - start);
    }
    
    // 申请并初始化一块大小为n的内存，并初始化为value
    void fill_initialize(size_type n, const T& value) 
    {
        start = allocate_and_fill(n, value);
        finish = start + n;
        end_of_storage = finish;
    }

public:
    // 迭代器起始位置
    iterator begin() { return start; }
    // 迭代器结束位置
    iterator end() { return finish; }
    // 容器大小，即真实的数据个数
    size_type size() const { return size_type(end() - begin()); }
    // 容器容量，即申请的内存大小
    size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); }
    // 容器是否为空
    bool empty() const { return begin() == end(); }
    // 重载[]运算符，取出对应position的数据，下标从0开始
    reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); }
    // 构造函数
    vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0) {}
    
    vector(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
    
    vector(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
    
    vector(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }
    
    explicit vector(size_type n) { fill_initialize(n, T()); }
    // 析构函数
    ~vector()
    {
        destroy(start, finish);
        deallocate();
    }
    // 取出起始数据
    reference front() { return *begin(); }
    // 取出末尾数据
    reference back() { return *(end() - 1); }
    // 从尾部插入一个数据
    void push_back(const T& x) 
    {
        if (finish != end_of_storage)
        {
            // 内存没有满，直接插入
            construct(finish, x);
            ++finish;
        }
        else
        {
            // 内存满了，需要扩容内存，然后插入数据
            insert_aux(end(), x);
        }
    }
    
    // 弹出最后一个数据
    void pop_back() 
    {
        --finish;
        destroy(finish);
    }
    
    // 删除时，将后面的数据覆盖前面的数据，然后释放最后一个数据；如果删除的数据是最后一个数据，那么直接
    // 释放即可
    iterator erase(iterator position)
    {
        if (position + 1 != end())
            // 将position + 1到finish的数据，拷贝到position开始的地方
            copy(position + 1, finish, position);
        
        --finish;
        destroy(finish);
        return position;
    }
    
    // 修改vector的大小，新的size比老的size小，直接删除多余的数据；新的size比老的size大，直接插入
    void resize(size_type new_size, const T& x)
    {
        if (new_size < size())
            erase(begin() + new_size, end());
        else
            insert(end(), new_size - size(), x);
    }
    // 外部统一调用接口，一层封装
    void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
    // 删除容器中所有数据，不会释放内存
    void clear() { erase(begin(), end()); }
    
protected:
    // 申请并初始化一块内存
    iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x) 
    {
        iterator result = data_allocator::allocate(n);
        uninitialized_fill_n(result, n, x); 
        return result;
    }
}

vector迭代器

　　vector的迭代器是普通指针，支持随机存取，提供的是Random Access Iterators。

template<class T, class Alloc = alloc>
class vector{
public:
    typedef    T    value_type;
    typedef value_type* iterator;//vector的迭代器是普通指针
    ...
};

vector的数据结构

　　vector采用的数据结构是线性连续空间。以两个迭代器start和finish分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器end_of_storage指向整块连续空间(含备用空间)的尾端。

template<class T,class Alloc = alloc>
class vector{
...
protected :
    iterator start ; //表示目前使用空间的头
    iterator finish ; // 表示目前使用空间的尾
    iterator end_of_storage ; //表示目前可用空间的尾
};

　　一个vector的容量永远大于或等于其大小，当容量等于大小时，再增加新元素，便要进行重新配置，移动数据和释放原空间3个过程。

 

vector的内存构造与管理

　　用push_back插入元素到尾端时，该函数检查是否还有备用空间，如果有备用空间就在备用空间上构造元素，并调整迭代器finish，使vector变大，如果没有就扩充空间。以原大小的两倍扩充空间，然后将原内容拷贝过来，释放原空间。所以对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器都失效。

void push_back() {
    if (finish != end_of_storage) {//还有备用空间
        construct(finish);
        ++finish;    //调整迭代器finish
    }
    else//没有备用空间
        insert_aux(end(), x);
}
template<class T, class Alloc>
void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T&x){
    if (finish != end_of_storage){//还有备用空间
        construct(finish, *(finish - 1)); //在备用空间起始处构造一个元素，以vector最后一个元素值为其初值
        ++finish; //调整finish迭代器
        T x_copy = x;
        copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);
        *position = x_copy;
    }
    else{//没有备用空间
        const size_type old_size = size();
        const size_type new_size = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;
        iterator new_start = data_allocator::allocate(new_size);
        iterator new_finish = new_start;
        try{
            new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);//将原vector的内容拷贝到新vector
            construct(new_finish, x);
            ++new_finish;
            new_finish = uninitialzed_copy(position, finish, new_finish);//将安插点的原内容也拷贝过来
        }
        catch (excetion e){
            destroy(new_start, new_finish);//如果发生异常，析构移动的元素，释放新空间
            data_allocator::deallocate(new_start, new_size);
        }//析构并释放原空间
        destroy(begin(), end());
        deallocator();
        start = new_start; //调整迭代器
        finish = new_finish;
        end_of_storage = new_start + new_size;//调整迭代器
    }
}

vector元素操作：pop_back，erase，clear，insert

　　pop_back：finish前移放弃尾端元素，然后析构。

void pop_back(){
--finish;
destory(finish);
}

　　erase：从position到finish中的元素向前移动，然后删除finish处元素。

iterator erase(iterator first,iterator last){//清除区间[first,last)的元素
    iterator  i=copy(last,finish,first);
    destroy(i,finish);
    finish=finish-(last-first);
    return first;
}
iterator erase(iterator position){ //清除某个位置上的元素
   if(position +1!=end()) 
    copy(position+1,finish,position); 
    --finish;
    destroy(finish);
    return position;
}

　　insert：