【C++】STL源码仿写（二）：vector

一、vector概览

上一篇博客中我们介绍了string的简化实现，今天我们来介绍另一个STL当中比较重要的容器------vector。

private 字段：数据结构

在我们的实现中，vector作为通用容器需要兼容不同的数据/对象类型，所以我们需要用模板这个特性，为此，我们涉及data_字段为T*类型，其中T是模板名，内存中为数组所分配的内存长度是capacity_，实际长度是size_。

public 方法：对外接口

对外接口的实现上，重点考虑push_back()和pop_back()。的实现需要考虑左右值的兼容，为此，我们用到了完美转发、万能引用，还需要考虑扩容的逻辑。pop_back方法的实现比较简单，就是要记得调用容器中对象的析构函数。

Rule of five

我们的vector实现有对堆上的资源进行管理，所以需要rule of five，但是只实现析构函数；由于只使用index找值，且只调用push_back和pop_back，所以拷贝构造、移动构造、拷贝赋值、移动赋值可以都禁止掉。

二、vector实现

我们使用默认构造和默认成员初始化的办法，这样避免过度复杂化实现：

cpp 复制代码

class vector {
public:
vector() = default;
private:
  T* data_ = nullptr;
  size_t size_ = 0;
  size_t capacity_ = 0;
};

现在考虑实现析构函数，析构函数的作用有两个：1.逐个调用容器中对象的析构函数，清空容器；2.释放已分配的内存。这里注意clear()方法是STL vector的公有方法，所以单独拿出来。释放内存的实现使用operator detele，因为之前clear方法已经调用了析构函数了。

cpp 复制代码

  ~vector() {
    clear(); //清空容器
    deallocate(); //释放内存
  }
  void clear() {
    for (size_t i = 0; i < size_; i++) {
      data_[i].~T();
    }
    size_ = 0;
  }

private:
  void deallocate() {
    ::operator delete(data_);
    data_ = nullptr;
    capacity_ = 0;
  }

这里顺便实现一下allocate()：注意我们的vector实现中构造与内存分配总是采取分离的策略，所以也使用operator new。operator new返回的类型是void*，所以需要类型转换

cpp 复制代码

  T& allocate() {
    return static_cast<T*>(::operator new(capacity_ * sizeof(T)));
  }

现在重头戏来了，让我们来实现push_back()方法。

push_back要考虑到左右值两种的情况。我们这里使用emplace_back作为统一的入口，用变参模板+完美转发+万能引用保留参数数目和值类别；emplace_back：在扩容后使用placement new原地构造对象。

cpp 复制代码

  void push_back(const T& value) {emplace_back(value);}
  void push_back(T&& value) {emplace_back(std::move(value));}

  template<typename ...Args>//变参模板
  T& emplace_back(Args&&... args) {//万能引用
    if (size_ == capacity_) {
        reallocate(capacity_ == 0 ? 1 : capacity_ * 2);//扩容
    }
    new (data_ + size_) T(std::forward<Args>(args)...);//placement new
    return data_[size_++]; //提前位移，为下一个emplace对象腾位置
  }

现在来实现reallocate这个函数：

分配新内存
复制数据到新内存(placement new)
如果抛异常需要清空新内存的数据
清空原内存数据，释放内存
设置新的cap、sz，data指向新内存

cpp 复制代码

  void reallocate(size_t new_cap) {
    T *new_data = allocate(new_cap); //分配新内存
    size_t new_size = 0;
    try {
      for (; new_size < size_; new_size++) {//placement new + 移动优化
        new (new_data + new_size) T(std::move_if_noexcept(data_[new_size]));
      }
    } catch (...) { //中间抛出异常时清空、释放
      for (size_t i = 0; i < new_size; i++) {
        new_data[i].~T();
      }
      ::operator delete(new_data(i));
      throw; //rethrow，向上传播异常
    }
    clear();
    deallocate();
    size_ = new_size;
    capacity_ = new_cap;
    data_ = new_data;
  }

接下来实现pop_back()，popback比较简单，就是将最后一个元素从data中删去，调析构、size--即可。我们顺便实现back方法，pop_back一般会配合back使用。

cpp 复制代码

  T& back() {return data_[size_-1];}
  const T& back() const {return data_[size_-1];} //const对象的情况要特别处理
  void pop_back() {
    if (size_ > 0) {
      data_(--size_).~T();
    }
  }

现在只剩下一些比较简单的方法还没实现:

cpp 复制代码

    T& operator[](size_t index) noexcept {return data_[index];}
    const T& operator[](size_t index) const noexcept {return data_[index];}
    size_t size() {return size_;}
    size_t capacity() {return capacity_;}