C++ vector的使用和简单模拟实现（超级详细！！！）

萧瑟其中～2024-06-02 15:51

目录

前言

1.STL是什么

2.vector使用

[2.1 vector简介](#2.1 vector简介)

[2.2 常用接口函数](#2.2 常用接口函数)

[1. 构造函数](#1. 构造函数)

[2.operator[ ]和size，push_back](#2.operator[ ]和size，push_back)

[3. 用迭代器进行访问和修改](#3. 用迭代器进行访问和修改)

[4. 范围for遍历](#4. 范围for遍历)

[5.修改类型函数 pop_back find insert erase](#5.修改类型函数 pop_back find insert erase)

[6. 容量相关函数capacity resize reserve](#6. 容量相关函数capacity resize reserve)

[3. vector模拟实现](#3. vector模拟实现)

[3.1 模版问题](#3.1 模版问题)

[3.2 vector成员变量和迭代器](#3.2 vector成员变量和迭代器)

[3.3 capacity，size，operator[ ]](#3.3 capacity，size，operator[ ])

[3.3 push_back和reserve函数](#3.3 push_back和reserve函数)

[3.5 构造函数，析构函数](#3.5 构造函数，析构函数)

[3.6 拷贝构造函数和赋值拷贝函数](#3.6 拷贝构造函数和赋值拷贝函数)

[3.7 insert和erase](#3.7 insert和erase)

[3.8 迭代器失效问题](#3.8 迭代器失效问题)

总结

前言

今天将开启对C++STL的学习，STL作为强大的模版库，十分值得我们学习！在此途中，提升自己的C++代码能力。

1.STL是什么

标准模板库（Standard Template Library，STL）是惠普实验室开发的一系列软件的统称。它是由Alexander Stepanov、Meng Lee和David R Musser在惠普实验室工作时所开发出来的。STL是C++标准库的重要组成部分 ，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。

STL版本

  • 原始版本：Alexander Stepanov、Meng Lee 在惠普实验室完成的原始版本，并且是开源的，HP 版本--所有STL实现版本的始祖。
  • P. J. 版本：由P. J. Plauger开发，继承自HP版本，不开源。
  • RW版本：由Rouge Wage公司开发，继承自HP版本，不开源。
  • SGI版本：由Silicon Graphics Computer Systems，Inc公司开发，继承自HP版 本。被GCC(Linux)采用，是开源的。

STL有六大组件：

2.vector使用

2.1 vector简介

vector是表示可变大小数组的序列容器 。就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素 。也就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。

因为vector内部实现没有使用具体类型，而是给出模版，所以实例化一个vector变量时需要给出具体类型。记得包含头文件<vector>。

2.2 常用接口函数

1. 构造函数

cpp 复制代码 
vector(const allocator_type& alloc = allocator_type());//函数原型

void test_vector()
{
    vector<int> v1;
}
  • 默认构造函数：构造一个没有元素的空容器。在test_vector函数内定义一个int类型的空容器。

tip：其中的allocator是空间适配器，用于分配内存空间的，暂时不用深究。

cpp 复制代码 
vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),
        const allocator_type& alloc = allocator_type());

void test_vector()
{
    vector<int> v1(10, 1);
}
  • 填充构造函数:构造一个包含n个元素的容器。每个元素都是val的一个副本。
  • test_vector函数中，实例化了一个int类型的vector容器，里面有10个1整型变量。
cpp 复制代码 
template <class InputIterator>
         vector (InputIterator first, InputIterator last,
                 const allocator_type& alloc = allocator_type());

void test_vector()
{
    vector<int> v1(10, 1);
    vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());
}
  • 迭代器构造函数：构造一个包含与**[first,last)**范围相同数量元素的容器，每个元素以相同的顺序从该范围内的相应元素构造。
cpp 复制代码 
vector (const vector& x);

void test_vector()
{
    vector<int> v1(10, 1);
    vector<int> v2(v2);
}
  • 拷贝构造函数：用x中每个元素的副本按相同顺序构造一个容器。

2.operator[ ]和size，push_back

vector是一个类似数组的容器，物理存储上是连续的，那自然少不了下标访问。

  • push_back函数，望文生义就是在尾部插入一个元素。
  • size函数是获取当前容器元素个数。
  • [ ]是可以访问填入下标的元素，并进行修改。
cpp 复制代码 
void test_vector1()
{
    vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行结果如下：

3. 用迭代器进行访问和修改

使用迭代器前，我们需要了解什么是迭代器。

在C++中，迭代器（Iterator）是一种检查容器中元素并遍历元素的数据类型 。迭代器提供了一种通用的方式来访问容器中的元素，而不需要关心容器底层的具体数据结构。通过迭代器，可以对容器进行遍历、读取、修改和删除元素等操作。

  • 使用迭代器时，需要定义一个变量，变量类型就是int类型下的vector容器中的iterator类。不管vector容器中具体类型是什么。在vector中，约定俗成迭代器类型名是iterator。
  • 定义迭代器变量后，赋值为vector成员函数begin，在vector中，指向第一个元素。还有end函数，表示最后一个元素的下一个位置。
  • 还有!=，前置++，!=和*操作符，++表示往后指向下一个元素，*操作类似于指针的解引用操作，代表该元素。但是自定义类型没有这些操作，都是通过运算符重载的方式，将其的行为编程跟指针变量相类似的操作。
  • 你可以类比成指针，但是iterator这个类型不一定是指针，可能还是一个类。
cpp 复制代码 
void test_vector2()
{
    vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	vector<int>::iterator it1 = v1.begin();
	while (it1 != v1.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

    it1 = v1.begin();
    while (it1 != v1.end())
	{
        ++*it1;//对容器元素进行修改
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

    //全部展开成运算符重载函数
	it1.operator=(v1.begin());
	while (it1.operator!=(v1.end()))
	{
		cout << it1.operator*() << " ";
		it1.operator++();
	}
	cout << endl;
}

上面最后一段代码将这些运算符写成调用函数的形式，也可以进行遍历，但是代码的可读性比较差。运行结果如下：

但是有些情况下，只是遍历数据进行打印，不想修改元素。如果使用一般迭代器iterator，会导致权限放大，误改其中的元素。我们可以使用const_iterator，对该类型的容器进行访问，即使不小心修改，系统也会报错。

cpp 复制代码 
void test_vector3()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	vector<int>::const_iterator it1 = v1.begin();
	while (it1 != v1.end())
	{
        //*it = 5  error,不可以修改
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;
}

运行结果如下：

迭代器不仅可以正向遍历，还有反向迭代器，倒着遍历。跟正向迭代器类似，也有可修改和不可修改两种反向迭代器。

cpp 复制代码 
void test_vector4()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	vector<int>::reverse_iterator it1 = v1.rbegin();
	while (it1 != v1.rend())
	{
		*it1 += 4;
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;

	vector<int>::const_reverse_iterator it2 = v1.rbegin();
	while (it2 != v1.rend())
	{
		//*it2 = 1  error
		cout << *it2 << " ";
		++it2;
	}
	cout << endl;
}

运行结果如下：

4. 范围for遍历

范围for是一个比较实用的语法，支持遍历各种容器，但是只能正向遍历。

  • 范围for看起来十分高级，但是最终的底层逻辑，还是跟迭代器相关，只要相关容器提供了begin和end函数，就支持遍历。
cpp 复制代码 
void Test()
{
	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;

    //想要修改内容需要使用引用
	for (auto& e : v1)
	{
		e++;
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行结果如下：

5.修改类型函数 pop_back find insert erase

  • pop_back函数，是删除最后一个元素，效率高。如果容器为空继续删除，会直接终止程序。发出断言警告。

之后的Print函数就是正向输出容器中的所有元素。

cpp 复制代码 
void Print(vector<int>& v)
{
	vector<int>::iterator it1 = v.begin();
	while (it1 != v.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;
}

void test_vector5()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	Print(v1);

	v1.pop_back();
	v1.pop_back();
	Print(v1);
}

运行结果如下：

find，insert和erase

cpp 复制代码 
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
  • find函数，给两个相同的类型的迭代器，范围是从first位置的元素到last前一个位置的元素，是一个左闭右开的区间**[first, last)，**寻找与val相同的元素，并返回该元素位置的迭代器。如果没有找到，返回last迭代器。
cpp 复制代码 
//1.
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
//2.
void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);
//3.
template <class InputIterator>
void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);

insert函数原型如下，有三种类型。

  • 第一种是传插入位置的迭代器变量，插入值为val。
  • 第二种是传插入位置的迭代器变量，但是插入n个val元素进去。
  • 第三种是传插入位置的迭代器变量，但插入的元素是别的容器的元素，范围是从first位置的元素到last前一个位置的元素，是一个左闭右开的区间**[first, last)**。
cpp 复制代码 
//1.
iterator erase (iterator position);
//2.
iterator erase (iterator first, iterator last);
  • erase函数有两种类型
  • 第一种是删除一个指定位置的元素，只用传该元素位置的迭代器。
  • 第二种是删除某个范围内的元素，传入first迭代器和last迭代器，是一个左闭右开的区间**[first, last)。**
cpp 复制代码 
void test_vector6()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4,5,6,};
	vector<int> v1(arr, arr + 6);
	Print(v1);

	vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 4);
	v1.insert(pos, 20);
	Print(v1);

	pos = find(v1.begin(), v1.end(), 5);
	v1.insert(pos, 2, 10);
	Print(v1);

	vector<int> v2;
	v2.insert(v2.begin(), v1.begin(), v1.end());
	Print(v2);

	pos = find(v1.begin(), v1.end(), 6);
	v1.erase(pos);
	Print(v1);

	v2.erase(v2.begin(), --v2.end());
	Print(v2);
}

运行结果如下：

6. 容量相关函数capacity resize reserve

  • capacity函数是获取该容器的容量大小。我们设计一个函数测试vector的扩容机制，分别在VS和Linux环境下进行测试。
cpp 复制代码 
void TestExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

在VS环境下，扩容情况如下图所示。一开始，插入四个元素时，每次扩容只增加一个容量。插入第五个元素开始就是1.5倍扩容的速度。

在Linux环境下，我们可以看到是遵循2倍扩容的原则进行扩容。

cpp 复制代码 
void resize (size_type n, value_type val = value_type());
  • resize可以调整容器元素个数的大小，使其包含n个元素。
  • 如果n小于当前容器元素个数，则内容减少到前n个元素，并删除超出的元素。
  • 如果n大于当前容器元素个数，则通过尾插插入所需元素，扩展内容，以达到n的大小。如果有给定val，插入元素就为val，否则将其进行值初始化（自定义类型调用默认构造函数，自定义类型也有自己的初始化）。如果超过容器容量大小，会扩容。

比如说，你创建了一个含有四个元素容器。如果用下标访问该容器元素，下标值范围是0~3，不能超出这个范围。当你想使用下标给第五个元素赋值，就会断言报错。此时就可以使用resize函数，将容器元素个数扩充，便可以使用下标给之后的元素赋值。

cpp 复制代码 
void test_vector7()
{
	int arr[] = { 1,2,3,4 };
	int size = sizeof(arr) / sizeof(int);
	vector<int> v1(arr, arr + size);

	//v1[4] = 0; //error

	v1.resize(8);
	v1[4] = 1;
	v1[5] = 2;
	v1[6] = 3;
	v1[7] = 4;
	Print(v1);
}

运行结果如下：

cpp 复制代码 
void reserve (size_type n);
  • reserve是调整容器容量大小。
  • 只用传一个无符号整型参数。如果n大于当前容器的容量，会给该容器重新分配存储空间，将其容量增加到n。在其他情况下，函数调用不会导致重新分配，容器容量不变。
  • reserve不会对容器里的元素做出改变，容器元素个数不变。

在上面测试不同平台下vector的扩容机制，扩容的本质是开辟新空间，将原来容器的内容拷贝过去，再释放原有的空间。如果要频繁插入数据，就会频繁的扩容，会造成许多消耗，所以如果知道要插入数据个数，可以一次性扩容完毕，减少不必要的消耗。

cpp 复制代码 
void TestExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

在VS中，运行结果如下：

3. vector模拟实现

3.1 模版问题

  1. 模拟实现vector会用到类型模版，一般建议将实现的函数内容都放在一个头文件中。因为给定一个参数类型实例化vector容器时，这个过程发生编译的期间，如果函数的声明和定义分离，放在两个文件中，编译器无法根据这个类型进行代码分发。
  2. 直接创建一个vector.h的头文件。还有为了不和C++标准库里面的vector发生命名冲突，可以自己创建一个命名空间User。再包含上需要的头文件。
cpp 复制代码 
#include <assert.h>

namespace User
{
    template <class T>
    class vector
    {
        //...
    };

}

3.2 vector成员变量和迭代器

  • vector类内部通常有三个迭代器类型的成员变量。
  • _start指向第一个元素，_finish指向末尾元素的后一位，_end_of_storage表示容器容量末尾。
cpp 复制代码 
#include <assert.h>

namespace User
{
    template <class T>
    class vector
    {

    private:
	    iterator _start;
	    iterator _finish; 
	    iterator _end_of_storage; 
    };

}

因为vector物理存储和逻辑存储都是连续的，所以我们可以将他的迭代器类型用原生指针实现。

cpp 复制代码 
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;

再提供begin和end函数，返回容器第一个元素的位置和末尾元素的后一位。其中const_iterator类型的迭代器，需要保证容器元素不能被修改，需要在函数后加上const，成为const成员函数。

cpp 复制代码 
const_iterator begin() const
{
	return _start;
}

const_iterator end() const
{
	return _finish;
}

iterator begin()
{
	return _start;
}

iterator end()
{
	return _finish;
}

3.3 capacity，size，operator[ ]

  • 指针相减可以得到其中该类型元素个数之差。因此size和capacity，分别用_finish和 _end_of_storage指针减去_start指针，就可以实现。
cpp 复制代码 
size_t size() const
{
	return _finish - _start;
}

size_t capacity() const
{
	return _end_of_storage - _start;
}
  • operator[ ]实际上返回_start指针用下标访问的元素即可，及得要先检查i的大小，是否符合要求。还提供了const类型的[ ]重载。
cpp 复制代码 
T& operator[](size_t i)
{
	assert(i < size());

	return _start[i];
}

T& operator[](size_t i) const
{
	assert(i < size());

	return _start[i];
}

3.3 push_back和reserve函数

我们先完成一个尾插和扩容的函数，之后的构造函数就依靠这个接口进行初始化。

  • push_back是在末尾插入元素，一开始需要检查容器容量大小够不够在插入多一个元素。如果_finish指针与_end_of_storage指针相等时，说明容量不够，需要扩容。扩容时先判断capacity是否为零，为零还没插入数据，给四个元素空间，之后就是两倍扩容。
  • 再讲一下扩容的逻辑，首先判断传递的参数n是否大于当前容量，如果大于才能继续扩容，出现其他情况不做处理。扩容一般动态开辟一块为n个T类型参数大小的内存空间，然后将原有的数据拷贝过来，在释放原有空间内存。
  • 其重要注意需要先记录之前空间的元素个数，方便之后调整_finish指针的位置。
cpp 复制代码 
void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		T* tmp = new T[n];
		size_t oldsize = size();
		if (_start)
		{
			memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
			delete[] _start;
		}

		_start = tmp;
		_finish = _start + oldsize;
		_end_of_storage = _start + n;
	}
}

void push_back(const T& x)
{
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		//两倍速扩容
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
	}

	*_finish = x;
	++_finish;
}

写一个测试函数，测试一下之前实现的各种接口函数，用正常的for循环遍历，迭代器遍历，还有范围for进行遍历。

cpp 复制代码 
void test_vector1()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int>::iterator it = v1.begin();
	while (it != v1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

测试结果如下：

但是reserve函数实现就没有问题吗？看看下面的测试函数

cpp 复制代码 
void test_vector2()
{
	vector<string> v1;
	v1.push_back("xxxxxxxxxx");
	v1.push_back("xxxxxxxxxx");
	v1.push_back("xxxxxxxxxx");
	v1.push_back("xxxxxxxxxx");
	v1.push_back("xxxxxxxxxx");

	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

当你运行这段代码的时候，打印前面四个元素会出现乱码。这是为什么呢？

如下图所示，tmp拷贝过来的内容，把指针变量也原封不动按字节拷贝，导致_start和tmp中的_str指针指向同一块空间。之后，会delete[ ] _start，而delete释放空间之前，会调用里面自定义类型的析构函数，再释放这个空间，这就会造成我们数据的丢失。

  • 所以要进行一个深拷贝，写一个for循环，传统写法是赋值，如果是内置类型直接赋值，如果是自定义类型，调用该类型的赋值拷贝函数。
  • 现代的写法是直接将tmp[i]与_start[i]进行交换，直接调用C++标准库里的交换函数，交换的好处是不用再拷贝值，并且delete掉_start里面没有自定义类型，不用调用析构函数。
cpp 复制代码 
void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		T* tmp = new T[n];
		size_t oldsize = size();
		if (_start)
		{
			for (size_t i = 0; i < oldsize; i++)
			{
				//tmp[i] = _start[i];//传统写法
				std::swap(tmp[i], _start[i]);
			}
			delete[] _start;
		}

		_start = tmp;
		_finish = _start + oldsize;
		_end_of_storage = _start + n;
	}
}

3.5 构造函数，析构函数

vector构造函数我们三个，其中一个是给定个数n，给定T类型的x变量，进行初始化。

  • 为什么这个会重载成两个呢？因为有的时候传参可能是int或者size_t类型,编译器无法判断，需要重载成两个构造函数。
  • 我们可以用传统的方式，开辟空间，进行赋值，然后再赋值成员变量。不过也可以使用我们实现好的push_back函数接口，因为符合尾插的特点，不过在尾插时，可以先扩容，这样就不会频繁扩容，提升效率。
cpp 复制代码 
vector(size_t n, const T& x = T())
{
	reserve(n);
	for (size_t i = 0; i < n; i++)
	{
		push_back(x)
	}
}

vector(int n, const T& val = T())
{
	reserve(n);
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		push_back(val);
	}
}

写一个测试函数，用一个Print函数实现打印整个容器元素，之后打印就用这个Print函数。

cpp 复制代码 
template <class T>
void Print(const vector<T>& v)
{
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

void test_vector3()
{
	vector<int> v1(4, 10);
	Print(v1);

}
  • vector构造函数还有，给定一个容器迭代器区间进行初始化，也是跟上面的类似，复用push-back函数。不过需要再使用一个函数模版，定义first和last变量，用while循环，类似我们使用迭代遍历容器一样，其他的容器都会对!=，*和++进行重载。
cpp 复制代码 
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
	while (first != last)
	{
		push_back(*first);
		++first;
	}
}

写一个测试函数。

cpp 复制代码 
void test_vector4()
{
	vector<int> v1(4, 10);
	Print(v1);

	vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());
	Print(v2);
}

我们来看看这段代码，在STL的Vector可以支持带花括号的初始化。

cpp 复制代码 
void test_vector5()
{
	std::vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6 };
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

结果如下：

这是为什么呢？因为C++有一个类型叫做initializer_list，如下面的代码实例，任何一个带花括号的里面是相同元素，用逗号分隔，就会是该类型。这个类型里面只有两个指针维护，一个指向第一个元素，另外一个指向最后一个元素。

cpp 复制代码 
void Test()
{
	auto il = { 1,2,3,4,5,6 };
	initializer_list<int> il1 = { 1,2,3,4,5,6 };

	cout << typeid(il).name() << endl;
	cout << sizeof(il) << endl;
}

这个构造函数跟之前也是类似，只是传递的参数是initializer_list，直接用范围for尾插。

cpp 复制代码 
vector(initializer_list<T> il)
{
	reserve(il.size());
	for (auto e : il)
	{
		push_back(e);
	}
}
  • 最后别忘了实现默认构造函数,可以使用关键字default，强制生成默认构造函数，还有可以给成员变量一个缺省值。
cpp 复制代码 
class vector
{
    public:
        vector() = default;

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _end_of_storage = nullptr;
}
  • 析构函数，先判断_start是否不为空，然后再释放空间，成员变量赋值为空指针。
cpp 复制代码 
~vector()
{
	if (_start)
	{
		delete[] _start;
		_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
	}
}

3.6 拷贝构造函数和赋值拷贝函数

拷贝构造函数，跟之前的构造函数类似，先扩容，再复用push_back函数。

cpp 复制代码 
vector(const vector<T>& v)
{
	reserve(v.capacity());
	for (auto e : v)
	{
		push_back(e);
	}
}
  • 赋值拷贝函数，可以借鉴上面写reserve的现代写法，可以实现一个swap函数，专门交换vector<T>类型的变量，里面套用标准库里的swap函数，直接交换成员变量，不需要再开辟新空间并拷贝数据。
  • 然后赋值拷贝函数参数写成一个普通vector<T>类型的变量，传递参数过来就会调用vector的拷贝构造函数，然后再用我们刚实现swap，进行交换，不会涉及浅拷贝的问题。并且v还是个临时变量，出了作用域自动调用析构函数，并销毁变量。
cpp 复制代码 
void swap(vector<T>& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}

vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
	swap(v);
	return *this;
}

3.7 insert和erase

  • insert和erase函数实现跟顺序表类似，都需要移动数据。
  • insert中，当容量不足要扩容时，需要先记录pos相对于_start差多少个元素个数，因为扩容之后，原有空间被释放，pos指向的就是一块被释放的空间，变成野指针。
cpp 复制代码 
void insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos >= _start);
	assert(pos <= _finish);
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t len = pos - _start;//记录pos相对于start的位置
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + len;
	}

	iterator end = _finish;
	while (end > pos)
	{
		*end = *(end - 1);
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;
}

void erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos < _finish);

	iterator end = pos + 1;
	while (end < _finish)
	{
		*(end - 1) = *end;
		++end;
	}
	--_finish;
}

3.8 迭代器失效问题

cpp 复制代码 
void test_vector2()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);

	int x;
	cin >> x;
	std::vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), x);
	if (pos != v1.end())
	{
		v1.insert(pos, 1000);
	}

	for (auto& e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
  • 我们运行下面的代码，会发现程序崩溃了，这是为什么呢？
  • 这是因为当再插入一个元素的话，会发生扩容。扩容时，我们insert扩容时注意到pos指向一块被释放的空间，更新了pos。但是在insert函数中，会创建一个形参pos，形参是实参的一份临时拷贝，改变形参不会对外部的pos实参有影响，因此pos迭代器失效。
  • 解决的办法就是，让insert函数的返回类型为iterator，像下面一样更新pos的值。
cpp 复制代码 
    //...
	if (pos != v1.end())
	{
		pos = v1.insert(pos, 1000);
	}
    //...

所以insert的函数返回参数需要修改，返回第一个新插入的元素。

cpp 复制代码 
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos >= _start);
	assert(pos <= _finish);
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t len = pos - _start;//记录pos相对于start的位置
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + len;
	}

	iterator end = _finish;
	while (end > pos)
	{
		*end = *(end - 1);
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;
}

再看一下下面的代码，与insert类似，我们删除一个元素，会造成迭代器失效吗？

  • pos指向的位置不变，但是某些平台会缩容，或者造成野指针现象，所以一般认为是erase迭代器失效的，erase后会返回被删除元素的后一位。
cpp 复制代码 
void test_vector3()
{
	std::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;


	int x;
	cin >> x;
	std::vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), x);
	if (pos != v1.end())
	{
		v1.erase(pos);
		cout << *pos << endl;
	}

	for (auto& e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

erase函数也需要修改一下，返回删除元素的后一个位置。

cpp 复制代码 
iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start && pos < _finish);

	iterator end = pos + 1;
	while (end < _finish)
	{
		*(end - 1) = *end;
		++end;
	}
	--_finish;

    return pos + 1; 
}

总结

通过这篇文章，你应该了解了vector的使用，和一些简单的底层模拟实现。不过纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行，需要多加练习！

创作不易，希望这篇文章能给你带来启发和帮助，如果喜欢这篇文章，请留下你的三连，你的支持的我最大的动力！！！

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