【C++】模拟实现vector

悲伤的猪大肠92024-08-20 14:53

可以把vector看作升级版的数组，可采用下标进行访问，非常高效，大小可动态改变，会自动扩容，数据存储在堆空间上。

VECROR

成员变量、函数及模板总览

cpp 复制代码 
namespace ahunb{

  template<class T>
  class vector
  {
  public:

    // Vector的迭代器是一个指针 //
      
    typedef T* iterator；
        
    typedef const T* const_iterator；
        
	/ Iterators /
        
    iterator begin()；

    iterator end()；

    const_iterator cbegin()；

    const_iterator cend() const；

    // construct and destroy 

    vector()；

    vector(int n, const T& value = T())；

    template<class InputIterator>

    vector(InputIterator first, InputIterator last)；

    vector(const vector<T>& v)；

    vector<T>& operator= (vector<T> v)；

    ~vector()；

    / capacity /

    size_t size() const ；

    size_t capacity() const；

    void reserve(size_t n)；

    void resize(size_t n, const T& value = T())；



    ///Element access//

    T& operator[](size_t pos)；

    const T& operator[](size_t pos)const；



    ///modifiers/

    void push_back(const T& x)；

    void pop_back()；

    void swap(vector<T>& v)；

    iterator insert(iterator pos, const T& x)；

    iterator erase(Iterator 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

  };

构造函数和析构函数

无参构造函数

cpp 复制代码 
vector()
{}

构造n个元素大小的空间并初始化

cpp 复制代码 
vector(int n, const T& value = T())
{
    resize(n);
    for (int i = 0; i < n; i++)
    {
        vector[i] = value;
    }
}

通过某个对象的两个迭代器来构造

cpp 复制代码 
template<class InputIterator>
    vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
    while (first != last)
    {
        push_back(*first);
        first++;
    }
}

拷贝构造函数

cpp 复制代码 
vector(const vector<T>& v)
{
    reserve(v.capacity());
    for (auto e : v)
    {
        push_back(e);
    }
}

赋值运算符重载

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

析构函数

cpp 复制代码 
~vector()
{
    delete[] _start;
    _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}

迭代器

返回第一个元素迭代器

多提供一个加const的 ，以防有const对象要调用

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

返回最后一个元素迭代器

cpp 复制代码 
iterator end()
{
    return _finish;
}
const_iterator end() const
{
    return _finish;
}

容量和大小相关函数

返回当前大小

cpp 复制代码 
size_t size()
{
    return _finish - _start;
}
const size_t size() const 
{
    return _finish - _start;
}

返回当前容量上限

cpp 复制代码 
size_t capacity()
{
    return _endofstorage - _start;
}

const size_t capacity() const
{
    return _endofstorage - _start;
}

reserve函数

改变vector的capacity（容量）变量

当n>capacity将capacity改为n，否则不变

对新空间进行拷贝时要深拷贝，否则delete时会出现野指针

cpp 复制代码 
void reserve(size_t n)
{
    if (n > capacity())
    {
        int sz = size();
        iterator tmp = new T[n];
        if (_start)
        {
            for (int i = 0; i < sz; i++)
            {
                tmp[i] = _start[i];//注意使用深拷贝
            }
            delete[]  _start;
        }
        _start = tmp;
        _finish = _start + sz;
        _endofstorage = _start+n;
    }
}

resize函数

改变vector的size（当前大小）变量

当n>size时，将大小改为n，并将新增加的大小初始化

否则直接将大小改为n就可以

cpp 复制代码 
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
    if (n > size())
    {
        reserve(n);
        while (_finish < _start + n)
        {
            *_finish = value;
            _finish++;
        }
    }
    else
    {
        _finish = _start + n;
    }
}

访问元素接口

[ ]运算符重载

cpp 复制代码 
T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < size());
    return _start[pos];
}

const T& operator[](size_t pos)const
{
    assert(pos < size());
    return _start[pos];
}

添加元素与删除元素

尾插

cpp 复制代码 
void push_back(const T& x)
{
    if (_finish == _endofstorage)
    {
        int cp = capacity();
        cp = (cp == 0 ? 4 : cp * 2);
        reserve(cp);
    }
    *_finish = x;
    ++_finish;
}

指定位置插入元素

  • 注意扩容之后会存在pos失效问题，因为扩容之后原对象改变了_start等指针，指向了新的区间，但pos指向的还是原来的区间，所以在第七行和第九行对pos进行了更新。
cpp 复制代码 
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
    assert(pos <= finish);
    assert(pos >= _start);
    if (_finish == _endofstorage)
    {
        int n = pos - _start;
        reserve(capacity() + 1);
        pos = _start + n;
    }
    iterator end = _finish;
    while (end > pos)
    {
        *end = *(end - 1);
        end--;
    }
    *pos = x;
    _finish++;
    return pos;
}

删除指定位置元素

cpp 复制代码 
iterator erase(iterator pos)
{
    assert(pos < finish);
    assert(pos >= _start);
    if (_finish - 1 != pos)
    {
        iterator begin = pos;
        while (begin < _finish - 1)
        {
            *begin = *(begin + 1);
        }
    }
    _finish--;
    return pos+1;
}

尾删

cpp 复制代码 
void pop_back()
{
    erase(_finish - 1);
}

交换

cpp 复制代码 
void swap(vector<T>& v)
{
    std::swap(_start, v._start);
    std::swap(_finish, v._finish);
    std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}

源代码

cpp 复制代码 
//vector.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
#include <assert.h>


using namespace std;


namespace ahu 
{
	template <class T>
	class vector 
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;


		vector()
		{}


		vector(int n, const T& value = T())
		{
			resize(n);
			for (int i = 0; i < n; i++)
			{
				vector[i] = value;
			}
		}


		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				first++;
			}
		}


		vector(const vector<T>& v)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (auto e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}


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


		~vector()
		{
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}


		//Iterator
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}


		//Capacity


		size_t size()
		{
			return _finish - _start;
		}
		const size_t size() const 
		{
			return _finish - _start;
		}


		size_t capacity()
		{
			return _endofstorage - _start;
		}


		const size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}


		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				int sz = size();
				iterator tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					for (int i = 0; i < sz; i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[]  _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start+n;
			}
		}


		void resize(size_t n, const T& value = T())
		{
			if (n > size())
			{
				reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = value;
					_finish++;
				}
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
			}
		}


		//Element access
		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}


		const T& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}


		//Modifiers
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				int cp = capacity();
				cp = (cp == 0 ? 4 : cp * 2);
				reserve(cp);
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
		}


		void pop_back()
		{
			erase(_finish - 1);
		}


		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}


		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos <= finish);
			assert(pos >= _start);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				int n = pos - _start;
				reserve(capacity() + 1);
				pos = _start + n;
			}
			iterator end = _finish;
			while (end > pos)
			{
				*end = *(end - 1);
				end--;
			}
			*pos = x;
			_finish++;
			return pos;
		}


		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos < finish);
			assert(pos >= _start);
			if (_finish - 1 != pos)
			{
				iterator begin = pos;
				while (begin < _finish - 1)
				{
					*begin = *(begin + 1);
				}
			}
			_finish--;
			return pos+1;
		}


	private:


		iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
		iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
		iterator _endofstorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
	};
}

//vector.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include "vector.h"
//#include <vector>
using namespace ahu;
int main()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	//v1.push_back(1);


	vector<int> v2(v1);
	for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		cout << v2[i] << endl;
	}
	cout << "-------------------------------------" << endl;


	//v2.reserve(100);
	//cout << v2.capacity() << endl;
	//cout << v2.size()<<endl;
	//v2.resize(50);
	//cout << v2.capacity() << endl;
	//cout << v2.size() << endl;
	//v2.reserve(25);
	//cout << v2.capacity() << endl;
	//cout << v2.size() << endl;
	v2.insert(v2.begin()+3, 100);
	for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		cout << v2[i] << endl;
	}
	cout << "-------------------------------------" << endl;
	v2.erase(v2.begin() + 9);
	v2.erase(v2.begin() + 8);
	v2.erase(v2.begin() + 7);
	v2.erase(v2.begin() + 6);
	v2.erase(v2.begin() + 5);
	v2.erase(v2.begin() + 4);
	v2.erase(v2.begin()+3);
	for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		cout << v2[i] << endl;
	}
}

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