【C++】vector的用法，一些接口的模拟实现

1.vector的介绍

vector是表示大小可以改变的数组的序列容器。它就像是一个动态大小的数组，可以储存同一类型的多个元素，和普通数组相比，vector的大小的自动调整。

vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以。下面列出的接口是要重点掌握的。

我们来模拟实现一下以上的函数

cpp 复制代码

namespace Myvector
{
	template< class T>
	class vector
	{
  public:
  // Vector的迭代器是一个原生指针
	typedef T* iterator;
	typedef const T* const_iterator;
	vector()
		:_start(nullptr)
		, _finish(nullptr)
		, _end_of_storage(nullptr)
	{}
	vector(size_t n, const T& value = T())
		:_start(nullptr)
		, _finish(nullptr)
		, _end_of_storage(nullptr)
	{
		reserve(n);
		while (n--)
		{
			push_back(value);
		}
	}
	vector(int n, const T& value = T())
		:_start(new T[n])
		, _finish(_start + n)
		, _end_of_storage(_finish)
	{
		for (int i = 0; i < n; ++i)
		{
			_start[i] = value;
		}
	}
	// 重新声明迭代器，迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器
	template<class InputIterator>
	vector(InputIterator first, InputIterator last)
	{
		while (first != last)
		{
			push_back(*first);
			++first;
		}
	}
	/*vector(const vector<T>& v)
	{
		reserve(v.size());
		for (auto& e : v)
		{
			push_back(e);
		}
	*/}
	vector(const vector<T>& v)
	: _start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _end_of_storage(nullptr)
	{
		reserve(v.capacity());
		iterator it = begin();
		const_iterator vit = v.cbegin();
		while (vit != v.cend())
		{
			*it++ = *vit++;
		}
		_finish = it;
	}
	//上面这两种都可以
	~vector()
	{
		if (_start)
		{
			delete[] _start;
		}
		_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
	
	}
  private:
	iterator _start;
	iterator _finish;
	iterator _end_of_storage;
};

我们来测试一下：

cpp 复制代码

void TestVector1()
{
	
	vector<int> first;
	vector<int> v1;
	vector<int> second(4, 100);                        
	vector<int> third(second.begin(), second.end());  
	vector<int> fourth=third; 
	vector<int>::iterator it = second.begin();
	while (it != second.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	
}

二.迭代器的使用：

cpp 复制代码

// 迭代器相关
// Vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
iterator begin()
{
	return _start;
}
iterator end()
{
	return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
	return _start;
}
const_iterator end()const
{
	return _finish;
}
const_iterator cbegin() const
{
	return _start;
}

const_iterator cend() const
{
	return _finish;
}

测试一下代码：

cpp 复制代码

void PrintVector()
{ 
	vector<int> v1(4, 100);
	vector<int>::const_iterator it = v1.begin();
	while (it != v1.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

三.vector 空间增长问题

cpp 复制代码

size_t size() const
{
	return  _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
	return  _end_of_storage - _start;
}
bool empty() const
{
	return _start == _finish;
}

其中resize可以改变vector的size
reserve改变vector的capacity

cpp 复制代码

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		size_t old_size = size();
		T* tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[] _start;

		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + old_size;
		_end_of_storage = _start + n;
	}
}
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
	// 1.如果n小于当前的size，则数据个数缩小到n
	if (n <= size())
	{
		_finish = _start + n;
		return;
	}
	if (n > capacity())
		reserve(n);
	//将size扩大到n
	iterator it = _finish;
	_finish = _start + n;
	while (it != _finish)
	{
		*it = value;
		++it;
	}
}

reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。

四.vector 增删查改

cpp 复制代码

void push_back(const T& x)
{
	//insert(end(), x);
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
	}
	*_finish = x;
	++_finish;
}
void swap(vector<T>& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
void pop_back()
{
	--_finish;
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos <= _finish);
	if (_finish == _end_of_storage)
	{
		size_t len = pos - _start;
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
		pos = _start + len;
	}
	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;
	return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
	iterator begin = pos + 1;
	while (begin != _finish)
	{
		*(begin - 1) = *begin;
		++begin;
	}
	--_finish;
	return pos;
}
// 元素访问
T& operator[](size_t pos)
{
	assert(pos < size());
	return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
	assert(pos < size());
	return _start[pos];
}

测试一下代码：

cpp 复制代码

void TestVector2()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		cout << ' ' << v[i];
	cout << '\n';
}

五.vector 迭代器失效问题。

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
指定位置元素的删除操作--eraseerase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。