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引言
学习c++的过程中,stl库是必不可少的,今天我们就要讲讲vector的模拟实现。模拟实现是为了让我们更了解底层的stl库,并不是为了让我们自己创造,因为stl已经做得足够好了,我们只需要更好的使用库就可以了。
构造函数
构造函数作为最重要的部分,我们还是放在第一位去说,在库中,vector给了我们四个构造函数。图下是库中为我准备的四个构造函数。
默认构造函数
在c98中,他是这样描述的:
- empty containerconstructor(defaultconstructor):Constructs an empty container, with no elements.构造一个没有元素的vector。
所以我们只需要把他们置空就可以了,如果需要插入数据,我们在另外开空间。
这里我们为什么不用数组呢?是因为在stl库,他们就用了指针来实现的,我们为了做到和库中一致。
cpp
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
{}
private:
iterator _start = nullptr;//缺省值
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorge = nullptr;
}
用n个val值来构造
这里我们没有真正像库中一样实现,这里存在内存池的知识,所以我们只实现用n个val值来构造。
cpp
vector(int n, const T& val = T())
{
//用n个数初始化成val
//重载原因:防止模版更匹配情况,导致编译器调用错误
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
会发现我给的缺省值是T()匿名对象
问题1:那么为什么不能给0?答:因为虽然顺序表我们常用int练习,但是不代表我们就只能存放int类型的数值,所以0是万万不可以的。正确方式就是匿名对象
问题2:那么内置类型也有匿名对象吗?答:有,随着编译器的更新,也会有以下形式。
cpp
int j = int(10);
std::cout <<"j=" << j << std::endl;
利用迭代器区间构造
从库中看出,我们的模板类可以嵌套模板函数。
cpp
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first!=last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
拷贝构造
以下代码是现代写法,当然了我们可以用传统写法,开一段空间,然后把内容赋值进去,但是以下方式更好,我们提前开辟和v一样大的空间,然后尾插就可以了。
cpp
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
赋值重载
赋值重载,这里我们可以复用拷贝构造 。这里我们利用传值传参,去调用拷贝构造,然后在进行swap交换。那么它的流程是什么呢?图下就是全部过程,传入swap后,与临时变量中的数值进行交换,就形成了赋值重载。
cpp
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);//调用库中的构造函数
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorge, v._endofstorge);
}
//d1=d2
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
容量
reserve()预留空间
reserve()也是老朋友了,为我们提前开辟n个空间,提前开好,节省时间 ,并且也是我们扩容的好帮手。
cpp
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//扩容
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_endofstorge = tmp + n;
}
}
resize()开辟空间并且初始化
resize比较特殊,有三种情况 :
①.如果n比capacity大,那么我就开辟空间。
②.如果比size小,那么就裁剪数据,保留到n位。
③.如果在大于size,小于capacity区间中,就直接插入数据。
问题1:为什么while循环中,不是_finish<_start+n呢?
答:我们可以看库中resize()的特性。如下图,并不会清空原始的数据,而是一种追加开辟。
问题2:为什么if(n>size())而不是n>capacity()呢?
答:原因是我们在reserve中已经对n有capacity的比较了,如果不满足,他也不会开空间。
cpp
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
if (n > size())
{
//扩容
reserve(n);//reverse内置的判断会看是否有多余空间
while (_finish < _start + n)//为什么这里是_start+n呢?
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
else
{
//缩短数据
_finish = _start + n;
}
}
capacity()
查看容量就很简单啦,用地址相减就可以啦。
cpp
size_t capacity()const
{
return _endofstorge - _start;
}
size()
返回当前个数。
cpp
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
Iterator
关于迭代器,也很简单,返回指向头尾就可以啦。
cpp
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
operator[]
cpp
T& operator[](size_t pos)
{
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
return _start[pos];
}
修改
push_back()
push_back()我们见过很多次了,这次就不太多介绍了,尾插一个数。
cpp
void push_back(const T& val)
{
if (_finish == _endofstorge)
{
//扩容
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2*capacity());
}
*_finish = val;
_finish++;
}
pop_back()
尾删。
cpp
void pop_back()
{
assert(size() != 0);
_finish--;
}
insert()
库中没有为我们准备头插尾插的原因是因为效率很低,不实用,如果你很需要头插的话,可以利用insert在开头位置插入。
问题1:为什么要提前保存len的长度?
答:因为我们使用指针,在扩容的时候,我们会开新的空间,就会导致原指针失效,就造成了野指针访问,所以我们需要记录pos指向的位置,更改之后再更新pos指针。
cpp
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos > _start);
assert(pos < _finish);
if (_finish == _endofstorge)
{
//扩容
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;//更新pos,因为_start已经改变位置了
}
iterator it = _finish - 1;
while (it>=pos)
{
*(it +1)= *it;
--it;
}
*pos = x;
_finish++;
return _start;
}
erase()
在某个位置删除一个位置。
问题:我们为什么会返回pos+1呢?
答:在库中,An iterator pointing to the new location of the element that followed the last element erased by the function call.一个迭代器,指向被函数调用删除的最后一个元素后面的元素的新位置。
cpp
iterator erase(iterator pos)
{
iterator it = pos + 1;
while (it <=end())
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
return pos + 1;
}
关于迭代器失效问题
上述我们其实在insert()遇到过这个问题,比如扩容导致的位置变化,所以我们需要更新,那么库中有这个问题吗?答案是有的,解决方式是如果你一定要使用,①即使修改新的地址,或者②.不要用迭代器。