从零开始的C++生活——第六讲——02

这一讲我们主要讲一讲c++的模拟实现问以及其中的一些问题。

首先我先提交以下代码并对其中的易错部分进行讲解

cpp 复制代码

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <string>
#include <list>
using namespace std;

namespace ds
{
	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;
        iterator begin()
        {
            return _start;
        }
        iterator end()
        {
            return _finish;
        }
        const_iterator begin() const
        {
            return _start;
        }
        const_iterator end() const
        {
            return _finish;
        }
        // construct and destroy
        vector()
        {
            int newcapacity = 4;
            _start = new T[newcapacity];
            _finish = _start;
            _endOfStorage = _start + newcapacity;
        }
      
        /*vector(size_t n, const T& value = T())
        {
            reserve(n);
            iterator it = _start;
            iterator end_it = _start + n;
            _finish = end_it;
            while (it != end_it)
            {
                *it = value;
                it++;
            }
        }*/
        vector(int n, const T& value = T())
        {
            reserve(n);
            iterator it = _start;
            iterator end_it = _start + n;
            _finish = end_it;
            while (it != end_it)
            {
                *it = value;
                it++;
            }
        }
        template<class InputIterator>
        vector(InputIterator first, InputIterator last)
        {
            /*int n = last - first;
            reserve(n);
            iterator it = _start;
            while (first != last)
            {
                *it = *first;
                it++;
                first++;
            }
            _finish = it;*/
            auto it = first;
            while (it != last)
            {
                push_back(*it);
                it++;
            }
        }
        vector(const vector<T>& v)
        {
            int oldsize = v.size();
            reserve(oldsize);

            //memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * oldsize);
            for (auto e : v)
            {
                push_back(e);
            }
            //_finish += oldsize;

        }
        vector<T>& operator= (vector<T> v)
        {
            vector<T> tmp(v);
            swap(v);
            return *this;
        }
        ~vector()
        {
            delete[] _start;
            _start = _finish = nullptr;
            _endOfStorage = nullptr;
        }
            // capacity
        size_t size() const
        {
            return _finish - _start;
        }
        size_t capacity() const
        {
            return _endOfStorage - _start;
        }
        void reserve(size_t n)
        {
            int oldsize = size();
            assert(n >= oldsize);
            int newcapacity = 0;
            if (capacity() == 0)
            {
                newcapacity = n > 4 ? n : 4;
                //int newcapacity = n > 4 ? n : 4;
            }
            else
            {
                newcapacity = n > 2 * capacity() ? n : 2 * capacity();
            }
            T* tmp = new T[newcapacity];
            //memcpy(tmp, _start, oldsize * sizeof(T));
            for (int i = 0; i < size(); i++)
            {
                tmp[i] = _start[i];
            }
            std::swap(_start, tmp);
            delete[] tmp;
            tmp = nullptr;
            _finish = _start + oldsize;
            _endOfStorage = _start + newcapacity;
        }
        //void reserve(size_t n)
        //{
        //    int oldsize = size();
        //    assert(n >= oldsize);
        //    int newcapacity = 0;
        //    if (capacity() == 0)
        //    {
        //         newcapacity = n > 4 ? n : 4;
        //        //int newcapacity = n > 4 ? n : 4;
        //    }
        //    else
        //    {
        //        newcapacity = n > 2 * capacity() ? n : 2 * capacity();
        //    }
        //    T* tmp = new T[newcapacity];
        //    memcpy(tmp, _start, oldsize * sizeof(T));
        //    std::swap(_start, tmp);
        //    delete[] tmp;
        //    tmp = nullptr;
        //    _finish = _start + oldsize;
        //    _endOfStorage = _start + newcapacity;
        //}
        void resize(size_t n, const T& value = T())
        {
            if (n < size())
            {
                _finish = _start + n;
            }
            else
            {
               /* if (_finish + n > _endOfStorage)
                {
                    reserve(capacity() + n);
                }*/
                for (int i = 0; i < n; i++)
                {
                    push_back(value);
                }
            }
        }
         ///////////////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);
        }
            ///////////////modify/////////////////////////////
        void push_back(const T& x)
        {
            if (_endOfStorage == _finish)
            {
                reserve(capacity() + 1 > 2 * capacity() ? capacity() + 1 : 2 * capacity());
            }
            *_finish = x;
            _finish++;
        }
        void pop_back()
        {
            assert(size() > 0);
            _finish--;
        }
        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)
        {
            if (_endOfStorage == _finish)
            {
                reserve(capacity() + 1 > 2 * capacity() ? capacity() + 1 : 2 * capacity());
            }
            for (int i = size(); i > pos - begin(); i--)
            {
                _start[i] = _start[i - 1];
            }
            _start[pos - begin()] = x;
            _finish++;
            return _start + (pos - begin());
        }
        iterator erase(iterator pos)
        {
            assert(size() > 0);
            for (int i = pos-begin(); i < size() - 1; i++)
            {
                _start[i] = _start[i + 1];
            }
            _finish--;
            return pos;
        }
        /*void erase(iterator pos)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos < _finish);

            iterator it = pos + 1;
            while (it != end())
            {
                *(it - 1) = *it;
                ++it;
            }

            --_finish;
        }*/
        template<class T>
        void print_vector(const vector<T>& v)
        {
            // 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator
            // 是类型还是静态成员变量
            //typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
            auto it = v.begin();
            while (it != v.end())
            {
                cout << *it << " ";
                ++it;
            }
            cout << endl;

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

        template<class Container>
        void print_container(const Container& v)
        {
            /*auto it = v.begin();
            while (it != v.end())
            {
                cout << *it << " ";
                ++it;
            }
            cout << endl;*/

            for (auto e : v)
            {
                cout << e << " ";
            }
            cout << endl;
        }
    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的下一个尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
	};


    
}

首先，作为模板类，是不可以声明定义分离两个文件的，编译器会报错。

接下来我要重点讲一讲迭代器失效的问题

cpp 复制代码

void test_vector2()
{
	ds::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	v.print_container(v);

	/*v.insert(v.begin() + 2, 30);
	v.print_vector(v);*/

	int x;
	cin >> x;
	auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
		// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
		v.insert(p, 20);
		(*p) *= 10;

		p = v.insert(p, 40);
		(*(p + 1)) *= 10;
	}
	v.print_container(v);
}

看这个测试函数，由于我们初始化空间是4，那么再放第五个元素的时候会触发扩容，由于扩容，原先的迭代器就失效了，但是我们仍对*p的值进行修改，可能对你当前的程序没啥影响，但这是很恐怖的事情，因为你根本不知道*p到底操作了谁。还有，即使你没有触发扩容，此时也是会失效，因为当你插入元素后，p的指向并不是当前所插入的元素，而是插入前的那个位置的元素。此时修改也会造成意想不到的结果。

这种现象产生的原因并非因为我们模拟实现，事实上，库里的vector也会遇到这种情况，针对这种情况，vs选择不管扩不扩容都触发assert断言。

第二种情况则是erase引起的迭代器失效。

比如你现在要删除两个连续的数，但是由于erase的底层是挪动数据，所以当你删完第一个数之后，会把后边那个原来要删除的数字挪到当前的迭代器指向位置，但是你会执行迭代器++操作，因此会跳过这个数导致迭代器失效。

cpp 复制代码

void test_vector3()
{
	ds::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	v.print_container(v);
    v.push_back(4);
    v.print_container(v);

	// 删除所有的偶数
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = v.erase(it);
            //v.erase(it);
		}
		else
			++it;
		
	}

	v.print_container(v);
}

假如我们把else删掉，就会导致迭代器失效。

接下来我要讲一个很神奇的问题

cpp 复制代码

void test_vector6()
{
    ds::vector<int> v1;
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    v1.push_back(3);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(4);
    v1.push_back(4);

    ds::vector<int> v2(v1.begin(), v1.begin() + 3);
    v1.print_container(v1);
    v2.print_container(v2);

    list<int> lt;
    lt.push_back(10);
    lt.push_back(10);
    lt.push_back(10);
    lt.push_back(10);
    ds::vector<int> v3(lt.begin(), lt.end());
    v3.print_container(lt);
    v2.print_container(v2);

    ds::vector<string> v4(10, "1111111");
    v4.print_container(v4);

    ds::vector<int> v5(10);
    v5.print_container(v5);

    ds::vector<int> v6(10u, 1);
    v6.print_container(v6);

    ds::vector<int> v7(10u, 1);
    v7.print_container(v7);
}

cpp 复制代码

/*vector(size_t n, const T& value = T())
{
    reserve(n);
    iterator it = _start;
    iterator end_it = _start + n;
    _finish = end_it;
    while (it != end_it)
    {
        *it = value;
        it++;
    }
}*/
vector(int n, const T& value = T())
{
    reserve(n);
    iterator it = _start;
    iterator end_it = _start + n;
    _finish = end_it;
    while (it != end_it)
    {
        *it = value;
        it++;
    }
}

假如我们用size_t的版本的构造函数，会报一个很神奇的错

我们把例子中的10u换成10，就会报这么一个错误，直接报到两个迭代器的构造函数上了，这里是因为类型最匹配，我们知道，当类型完全符合时优先不调用模板函数，但是10进来size_t会做一个隐式类型转换，编译器认为两个int这种情况刚好符合两个迭代器的版本，因此会直接匹配迭代器构造。

最后讲一下memcpy的复制坑

cpp 复制代码

void test_vector7()
{
	ds::vector<string> v;
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.print_container(v);

	v.push_back("11111111111111111111");
	v.print_container(v);
}

假如我们扩容时用memecpy会出现越界访问，因为memcpy底层是浅拷贝，真对vector中的自定义类型，仅仅使用浅拷贝是不够的，后续我们释放临时空间还会释放掉现有的空间导致错误，所以正确的方法是手动拷贝即逐个尾插。

下一讲我们将进入list的学习。