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[2.1 成员变量](#2.1 成员变量)
[2.2.3 迭代器](#2.2.3 迭代器)
前言
vector的使用方法和string很类似，但是string设计的接口太多 ，而vector则较少所有我们直接开始模拟实现，如果你对vector的使用不太熟悉可以通过它的文档来了解：vector。我们实现vector的简单模板版本。
由于模板的小问题，我们在使用模板时最好声明和定义在同一个文件。
一、vector使用时的注意事项
1.typedef的类型
在看文档时有很多未见过的类型，实际上那是typedef的：
2.vector<char>不是string
不能 把vector<char>和string等价 ，string 是专门对待字符串和字符 的自定义类型，而vector<char> 是char类型的顺序表。
区别在于vector<char>后面要手动加'\0' ，而string会自动加'\0'.
3.vector <string>
vector<string>是string 的顺序表 ，每个元素都是string，如果使用vector<const char*> 则空间还需自己手动调整，使用string则不用。
4.算法sort
C++库函数中提供了一个包含算法的头文件<algorithm>,现在我们要学会使用sort来排序：
默认是升序。
cpp
vector<int> v1 = { 5,6,1,3,4,10 };
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
std::sort(v1.begin(), v1.end());
cout << endl;
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
那么该如何降序？
可以使用反向迭代器：
cpp
std::sort(v1.rbegin(), v1.rend());使用反函数greater<>：
cpp
greater<int> gt;
std::sort(v1.begin(), v1.end(),gt);
//std::sort(v1.begin(),v1.end(),greater<int>());//匿名对象
greater是降序,升序是less.在C++中，我们<为升序，> 为降序,所有greater是降序，less是升序。
这里了解一下，后面会详细讲解。
二、vector的实现
1.通过源码进行猜测vector的结构
<vctor.h>中，我们先浅浅了解一下，具体实现我们使用我们的思路。
观察源码typedef：
观察源码的成员变量：
start 是什么，finish 是什么？end_of_storage? 从名字上看再对比之前的顺序表结构，或许可以大胆猜测:start到finish 是一对和size差不多，end_of_storage应该是capacity。
通过观察成员函数来进行猜测：
如果finish到了end_of_storage 说明满了进行扩容。扩容操作 是由insert_aux函数来完成的：
如果满了就进行扩容，大胆猜测扩容操作时进行三段操作：
1.把position位置之前的数据拷贝到新空间，
2.把x插入到新的空间的尾部
3.再把position位置之后的数据拷贝到新的空间。
这些了解一下。
关于construc和destroy实际上和内存池有关：
由于内存池调用new和delete不会进行构造和初始化 ，所以construc和destroy是定位new的函数 ，用于对内存池的空间进行构造(这里是拷贝构造)和析构。
2.初步vector的构建
使用声明和定义分离来进行模拟实现。在开始我们先不实现构造 ，使用给缺省值来解决五默认构造的问题 。关于为什么给成员变量缺省值就可以进行插入可以查看这一片文章：类和对象(下)初始化列表
2.1 成员变量
cpp
#pragma once
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
namespace vet
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
private:
//T* _a;
//size_t _size;
//size_t _capacity;
//俩者本质上是一样的
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
}2.2成员函数
2.2.1尾插和扩容
尾插涉及扩容，这我们直接实现capacity和size函数。
cpp
vector.h中
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)//如果为空不进行拷贝
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete _start;
_start = tmp;
}
_finish = _start + size();
_end_of_storage = _start + n;
}
}
size_t capacity()
{
return _end_of_storage - start;
}
size_t size()
{
return _finish - _start;
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
//扩容
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
*finish = x;
++finish;
}2.2.2operator[]
cpp
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}测试代码：
运行会发现，程序奔溃。
cpp
test.cpp中
void test_myvector1()
{
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
}通过调试发现_finish = x是对空指针操作，实际上错误是在size()计算阶段：
而size()是通过_finish - _start来计算的:
_start指向新的空间 ，而**_finish是nullptr,** 使用空指针减去_start操作错误。size()不是我们想要的size().
俩种解决办法：
cpp
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete _start;
}
_finish = tmp + size();
_start = tmp;
_end_of_storage = _start + n;
}
}这样顺序不好，用户可能看不懂，所以可以记录一下size()然后进行更新：
cpp
void reserve(size_t n)
{
size_t oldsize = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + oldsize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}结果：
我们这里并未写析构和构造，系统是抽查的机制，动态开辟的一般在delete的时候进行检测，所以我们有时候可能在越界暴露不出来，推荐写上析构：
再测试有无问题。
cpp
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
2.2.3 迭代器
有了迭代器，那么就可以使用范围for了；
cpp
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}测试代码：
cpp
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
vet::vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
cout << *it << ' ';
it++;
}
cout << endl;
for (const auto& e : v1)
{
cout << e << ' ';
}结果：
2.2.4尾删、指定位置删除和插入
cpp
//尾删
void pop_back()
{
assert(size() > 0);
--_finish;
}3指定位置删除和插入和迭代器失效
指定位置删除插入：
要实现指定位置删除或插入就要找到要删除或插入的值。
观察vector 的文档发现，vector没有find ，是因为在算法<algorithm>中已经存在find的模板 ：体现了复用，vector，list都可以用 。
3.1insert和迭代器野指针问题
空间不够扩容，够了挪动数据。
cpp
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
//扩容
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
//挪动数据，从后往前挪
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}运行代码：
cpp
void test_myvector2()
{
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
v1.insert(v1.begin(), 0);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
}结果：
通过运行结果发现，程序崩溃了，这是为什么？
实际上这里是迭代器失效 了,空间满了需要扩容操作，扩容造成了迭代器失效。如果空间足够则可以正常插入。
迭代器失效是指在使用迭代器遍历集合 （如数组、列表、字典等）的过程中，对集合进行了修改（添加、删除操作） 导致迭代器指向的元素位置 发生变化，从而影响迭代器的正确性 和结果不可预测的现象。
我们的代码实在扩容的时候发生了迭代器失效。
扩容操作改变 的是_start和_finish以及_end_of_stroage：
所以这里的迭代器 失效本质是野指针问题。
既然pos迭代器失效，那我们就更新pos迭代器。pos要指向新空间的pos位置：
记录与_start的距离:size_t len = pos - _start;
cpp
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
//扩容
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
//挪动数据，从后往前挪
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}此时运行上面的测试代码：
结果运行正常。
一般使用insert往往伴随着find，所以我们使用find再进行测试
cpp
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
vet::vector<int>::iterator vi = find(v1.begin(),v1.end(),3);
v1.insert(vi, 10);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
这样又有一个问题：发生扩容时 insert以后vi个迭代器实参会不会失效？
仔细想想，空间不足时 ，需要扩容进行空间转移 ，而vi指向的是否是原来的空间 ？函数中的pos是否会改变vi?
答案是会失效 ，因为，vi是实参，而pos是形参，形参的改变不会影响实参的改变。
cpp
vet::vector<int>::iterator vi = find(v1.begin(),v1.end(),3);
if(vi != v1.end())
{
v1.insert(vi, 10);
cout << *vi << endl;
}
由于不知道什么时候扩容 ，所以一般认为这种情况是迭代器失效 。这时候我们建议不要访问和修改vi指向的空间了(即不使用失效的迭代器)。
如果非要访问插入的位置呢？该怎么办？文档中insert提供了一种方法就是函数的返回值：
cpp
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//代码..
return pos;
}
一般也不会这么做 ，所以一般认为失效 了。string也有迭代器失效，其他也不例外。也是通过返回值。
3.2erase和迭代器失效
erase要将pos位置之后的数据前移：
cpp
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator it = pos + 1;//将后面的数据前移
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
}测试代码：
cpp
void test_myvector03()
{
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
v1.erase(v1.begin());
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
}测试结果：
erase也有迭代器失效,我们使用vector库里的删除进行测试看看：
同样也不能访问，而且是断言错误。而使用返回值时则可以使用：
既然删除只涉及数据移动，那为什么删除也会是迭代器失效呢？
由于C++并未规定删除是否会缩容，所以删除时不同的平台可能不同：
是有可能野指针的。
就算不缩容，那么在删5的时候呢 ？删除5的时候后面没有数据 ，如果要访问迭代器会造成越界访问 。这里迭代器失效并不是野指针。
所以我们认为erase后，迭代器失效。
vs下要访问迭代器的话，同样是使用返回值，那我们实现也使用，但是在删除最后应一个有效元素时，不能进行访问：
cpp
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}测试代码：
cpp
std::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
int x;
cin >> x;
std::vector<int>::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), x);
if (it != v1.end())
{
it = v1.erase(it);
if(it != v1.end())
cout << *it << endl;
}如下题，要删除所有偶数，使用失效的迭代器则会保存，所有应该使用返回值：
cpp
void test_myvector05()
{
std::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (auto e : v1)
{cout << e << ' ';}
//删除所有偶数
std::vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v1.erase(it);
else
++it;
}
for (auto e : v1)
{cout << e << ' ';}
}而在linux下不使用返回值则可以。但是不同平台不一样，使用最好使用函数返回值更新。
4.拷贝构造
在不写拷贝构造函数时，编译器会默认生成，该拷贝是浅拷贝。
cpp
void test_myvector06()
{
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
//没有写拷贝构造//浅拷贝
vet::vector<int> v2(v1);
for (auto e : v2)
{
cout << e << ' ';
}
}结果肯定是报错，因为浅拷贝是值拷贝 ，成员变量 的值是一样的 ，此时v1和v2指向同一块空间
，在出函数作用域 时会调用析构函数 ，此时v1、v2都会析构 ，但是指向同一块空间 ，所以析构了俩次。
所有我们要写拷贝构造：
像这样写就可以开辟空防止指向同一块空间。
cpp
vector(const vector<T>& v)
{
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}但是由于我们没有写默认构造函数：
由于我们写了一个拷贝构造，编译器不会自动生成构造函数(类和对象中上)了。
我们可以通过写默认构造函数来解决也可以通过下面这种方法：
cpp
vector() = default;
vector(const vector<T>& v)
{
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}第一行代码使用于编译器强制生成默认构造函数。
我们在后面再添加上默认构造函数 ，这里我们先完成拷贝构造函数，由于拷贝构造我们使用的是尾插的方式，所以每次插入可能涉及很多扩容，所以我们可以提前开好空间：
cpp
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}运行时发现不行：
是因为我们的capacity和size，迭代器不是const成员函数，所以我们加上const：
实现const迭代器：
cpp
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{return _start;}
iterator end()
{return _finish;}
const_iterator begin() const
{return _start;}
const_iterator end() const
{return _finish;}结果：
5.operator=赋值
我们使用现代写法：
cpp
//v1 = v2
void swap(vector<T> v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish,v._finish);
std::swap(_end_of_storage,v._end_of_storage);
}
//现代写法：传值传参，v出函数作用域会调析构，
//但是我们交换了this和v的成员变量，所以析构的是原来的空间而不是v的而是this的
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return this;
}6.迭代器区间初始化
allocator是内存池，内存池是自己写的空间配置，我们使用new来开空间就好。
迭代器区间需要俩个迭代器first和last，我们写成函数模板，可以支持任意类型：
cpp
//支持任意容器的迭代器初始化
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}测试代码：
cpp
void test_myvector07()
{
vet::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (auto e : v1)
{cout << e << ' ';}
cout << endl;
vet::vector<int> v2(v1.begin()+1,v1.end()-1);
for (auto e : v2)
{cout << e << ' ';}
}结果：
7.n个val初始化和编译器匹配问题
需要考虑缺省值。
缺省值能否是0？很明显不能，因为T的类型未知，如果是string、vector、list类型，给0肯定会有问题。所以该怎么办？
缺省参数一般给常量，但自定义类型怎么办，C++中自定义类型可以传T()，即匿名对象（调用默认构造） 。内置类型是否可以这样？是可以的，C++对内置类型进行升级，可以进行构造：
值分别为0、1、0、2。
测试代码：
cpp
void test_myvector08()
{
vet::vector<string> v1(10);
vet::vector<string> v2(10, "xx");
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
for (auto e : v2)
{
cout << e << ' ';
}
}结果：
在使用实例化类模板时，如果对它构造n个1会有意想不到的错误：
cpp
void test_myvector09()
{
vet::vector<string> v1(10, 1);
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
}报错到了这里？
这里提一下调试技巧：目前我们知道时我们的测试代码上下都没有其他代码，
1.如果有其他代码，先通过屏蔽其他代码锁定时哪一段代码出来问题。
2.通过一步步调试进行观察。
这里实际上时参数的匹配问题，编译器的选择问题。
由于我们传参的都是int，所以模板实例化的也是int int。
编译器会匹配更好的，参数更匹配的。
实际上vector<int>(10,1)也会出错：
解决办法：要使得匹配到正确的函数我们就要给出一个重载的函数：
、
这样就可以匹配到合适的函数。vector库内也面临这样的问题。
三、{}的使用
在类和对象(下)中我们提到了多参数和单参数的隐式类型转换 。使用到了{}，这时C++11的特性：一切皆可用{}进行初始化。
cpp
class A
{
public:
A(int a)
:_a1(a)
,_a2(a)
{}
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
private:
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
//单参数隐式类型转换 1-> 构造临时对象A(1) -> 拷贝构造给 a1 => 优化为直接构造
A a1(1);
A a2 = 1;
A a3{ 1 };
A a4 = { 1 };
//多参数隐式类型转换 1，2-> 构造临时对象A(1，2) -> 拷贝构造给 aa1 => 优化为直接构造
A aa1(1, 2);
A aa2 = { 1,2 };
A aa3{ 1,2 };
return 0;
}所以在平常使用中可以使用{}.
再来看下面代码：
我们使用库中的vector。
cpp
void test_vector1()
{
std::vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6 };
for (auto e : v1)
{
cout << e << ' ';
}
}这里是隐式类型转换，但不是转化为vector<int>而是initializer list ，然后再进隐式类型转化 ，是C++11的一种构造：
initializer list是C++11新增的类型
它是一个自定义类型：
il1和il2是等价的。由于{}内是常量数组。内部实际上是俩个指针，分别指向常量数组的开始和末尾：
它也有迭代器和size，所以支持范围for：
所以在我们自己实现的vector中要使用{1,2,3,4,5} 这样的形式我们要支持initializer_list的构造：
cpp
vector(initializer_list<T>il)
{
reserve(il.size());
//initializer_list支持迭代器
for (auto e : il)
{
push_back(e);
}
}结果：
有了这个特性我们就可以像下面这样：
cpp
class A
{
public:
A(int a = 0)
:_a1(a)
,_a2(a)
{}
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
, _a2(a2)
{}
private:
int _a1;
int _a2;
};
int main()
{
vet::vector<A> v1 = { 1,{1},A(1),A(1,2),A{1},A{1,2},{1,2} };
return 0;
}{}的用法很杂，使用再使用{}进行初始化时，尽量不要写的太奇怪。
四、vector<string>的问题
观察下面的程序：
cpp
void test_myvector11()
{
vet::vector<string> v1;
v1.push_back("1111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111");
v1.push_back("1111111111111111");
for (auto e : v1)
{
cout << e << endl;
}
cout << endl;
}插入4个string，结果没有问题：
而再插入一个string会发生意料之外的结果：
程序崩溃了。这是为什么？关键就在我们多插入的一次，通过调试观察：
到这没有什么问题，然后进memcpy，释放就释放旧空间。
释放旧空间：
走早这里已经知晓了为什么会改变了，释放的空间是我们拷贝的空间，这样的情况就是浅拷贝。
画图进行分析：
memcpy对任意类型数据拷贝是浅拷贝 。memcpy对数据一个字节一个字节拷贝 。在对_start进行释放时，string会调用析构函数，对其中的_str进行释放。
解决方案：进行深拷贝：
cpp
void reserve(size_t n)
{
size_t oldsize = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++)
{
//进行赋值//内置类型进行赋值，自定义类型调用它的赋值操作
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + oldsize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}进行赋值，内置类型进行赋值 ，自定义类型调用它的赋值操作。在这里tmp[i]和_start[i]相当于是
string对象进行赋值。
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