【C++】一篇文章带你深入了解vector
是阿建吖! 2024-06-30 12:35:01 阅读 78
目录
一、vector的介绍二、 标准库中的vector2.1 vector的常见接口说明2.1.1 vector对象的常见构造2.1.1.1 [无参构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)2.1.1.2 [有参构造函数（构造并初始化n个val）](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)2.1.1.3 [有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造）](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)2.1.1.4 [拷贝构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)
2.1.2 vector iterator 的使用2.1.2.1 [begin()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/begin/) + [end()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/end/)2.1.2.2 [rbegin()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/rbegin/) + [rend()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/rend/)
2.1.3 vector对象的容量操作2.1.3.1 [size()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/size/)2.1.3.2 [capacity()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/capacity/)2.1.3.3 [empty()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/empty/)2.1.3.4 [resize()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/resize/)2.1.3.5 [reserve()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/reserve/)2.1.3.6 vector空间增长问题
2.1.4 vector对象的增删查改及访问2.1.4.1 [operator[]](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/operator%5B%5D/)2.1.4.2 [push_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/)2.1.4.3 [pop_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/pop_back/)2.1.4.4 [find()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/algorithm/find/)2.1.4.5 [insert()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/insert/)2.1.4.6 [erase()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/erase/)2.1.4.7 [swap()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/swap/)2.1.4.8 [front()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/front/) + [back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/back/)
2.1.5 vector迭代器失效问题
三、vector 深度剖析及模拟实现3.1 vector 中 reserve 和 resize 的实现3.2 vector 中 size、capacity 和 empty 的实现3.3 vector 默认成员函数的实现3.4 vector 中 迭代器 和 范围构造函数 的实现3.5 vector 中 insert 、erase、push_back 和pop_back 的实现3.6 vector 中 operator[] 的实现3.7 vector 实现中使用memcpy拷贝问题3.8 vector 实现汇总及函数测试
结尾
一、vector的介绍
vector的文档介绍
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。也就是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。本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好
二、 标准库中的vector
2.1 vector的常见接口说明
2.1.1 vector对象的常见构造
2.1.1.1 无参构造函数
vector();
int main()
{
vector<int> v;
return 0;
}
2.1.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）
vector (size_type n, const value_type& val = value_type());
int main()
{
vector<int> v(5,10);
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.1.3 有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造）
template <class InputIterator>
vector (InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器进行初始化构造，并不是只能使用对应容器的迭代器区间，而是所有容器的迭代器区间都可以用来初始化。
int main()
{
string s("I Love You");
vector<int> v(s.begin(),s.end());
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.1.4 拷贝构造函数
vector (const vector& x);
int main()
{
vector<int> v1(10,5);
vector<int> v2(v1);
for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
{
cout << v2[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.2 vector iterator 的使用
2.1.2.1 begin()函数 + end()函数
iterator begin();
const_iterator begin() const;
获取第一个数据位置的iterator/const_iterator
iterator end();
const_iterator end() const;
获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.2.2 rbegin()函数 + rend()函数
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;
获取最后一个数据位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator
reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;
获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();
while (it != v.rend())
{
cout << *it << ' ';
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.3 vector对象的容量操作
2.1.3.1 size()函数
size_type size() const;
获取数据个数
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
cout << v.size() << endl;
return 0;
}
2.1.3.2 capacity()函数
size_type capacity() const;
获取容量大小
int main()
{
vector<int> v;
int old = v.capacity();
cout << "初始:" << v.capacity() << endl;
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (old != v.capacity())
{
old = v.capacity();
cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;
}
}
return 0;
}
2.1.3.3 empty()函数
bool empty() const;判断是否为空
int main()
{
vector<int> v;
cout << v.empty() << endl;
v.push_back(1);
cout << v.empty() << endl;
return 0;
}
2.1.3.4 resize()函数
void resize (size_type n, value_type val = value_type());
是将字符串中有效字符个数改变到n个，
如果 n 小于当前容器的大小，
则容器会被截断为仅包含前 n 个元素；
如果 n 大于当前容器的大小，
则容器会被扩展到包含 n 个元素，并使用 val 值填充新添加的元素。
注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，
可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。
int main()
{
vector<int> v(20,20);
cout << "初始: size:" << v.size() << " capacity:" << v.capacity() << endl;
v.resize(10);
cout << "缩小后: size:" << v.size() << " capacity:" << v.capacity() << endl;
v.resize(30, 5);
cout << "扩大后: size:" << v.size() << " capacity:" << v.capacity() << endl;
return 0;
}
2.1.3.5 reserve()函数
void reserve (size_type n);
改变vector的capacity
int main()
{
vector<int> v;
cout << "初始:" << v.capacity() << endl;
v.reserve(100);
cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;
return 0;
}
2.1.3.6 vector空间增长问题
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。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。resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
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';
}
}
}
vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141
g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 4
capacity changed : 8
capacity changed : 16
capacity changed : 32
capacity changed : 64
capacity changed : 128
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVectorExpandOP()
{
vector<int> v;
size_t 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 bar 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';
}
}
}
2.1.4 vector对象的增删查改及访问
2.1.4.1 operator[]
像数组一样访问数据
reference operator[] (size_type n);
const_reference operator[] (size_type n) const;
int main()
{
vector<int> v(5, 10);
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.4.2 push_back()函数
void push_back (const value_type& val); 尾插
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.4.3 pop_back()函数
void pop_back(); 尾删
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{ cout << v[i] << ' ';}
cout << endl;
v.pop_back();
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
return 0;
}
2.1.4.4 find()函数
查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
std::vector<int>::iterator it;
it = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (it != v.end())
std::cout << "Element found in v: " << *it << '\n';
else
std::cout << "Element not found in v\n";
return 0;
}
2.1.4.5 insert()函数
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator
void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);
insert()函数能够在position之前插入 n 个 val
template <class InputIterator>
void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据
int main()
{
vector<int> v;
string s("I Love You");
v.push_back(1);
v.push_back(2);
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{ cout << v[i] << ' ';}
cout << endl;
// insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator
cout << *(v.insert(v.begin(), 30)) << endl;
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
// insert()函数能够在position之前插入 n 个 val
v.insert(v.begin() + 2, 5, 10);
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
// insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据
v.insert(v.begin() + 5, s.begin(),s.end());
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.4.6 erase()函数
iterator erase (iterator position);
erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator
iterator erase (iterator first, iterator last);
erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator
int main()
{
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
// erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator
cout << *(v.erase(v.begin())) << endl;
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
// erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据
// 并返回删除数据后面数据位置的 iterator
cout << *(v.erase(v.begin(), v.begin() + 5)) << endl;
for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.4.7 swap()函数
void swap (vector& x);
交换两个vector的数据空间
int main()
{
vector<int> v1(4, 5);
vector<int> v2(5, 10);
for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)
{ cout << v1[i] << ' ';}
cout << endl;
for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
{ cout << v2[i] << ' ';}
cout << endl;
v1.swap(v2);
for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
{
cout << v2[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
2.1.4.8 front()函数 + back()函数
访问vector中的第一个数据
reference front();
const_reference front() const;
访问vector中的最后一个数据
reference back();
const_reference back() const;
2.1.5 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。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
// v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
赋值即可。
*/
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
指定位置元素的删除操作–erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}
erase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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
return 0;
}
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
return 0;
}
解答：第一个main函数错误，第二个main函数正确，因为erase()函数返回的就是删除元素后面元素位置的迭代器，++it会导致跳过一个元素，如果最后一个元素是偶数还会导致程序崩溃。
注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
auto it = v.begin();
cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
v.reserve(100);
cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
程序输出：
1 2 3 4 5
扩容之前，vector的容量为: 5
扩容之后，vector的容量为 : 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(it);
cout << *it << endl;
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
程序可以正常运行，并打印：
4 4
5
// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}
========================================================
// 使用第一组数据时，程序可以运行得到的结果是
1 3 5
======================================================== =
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
Segmentation fault
三、vector 深度剖析及模拟实现
3.1 vector 中 reserve 和 resize 的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
template<class T>
class vector
{
public:
void reserve(size_t n)
{
// 这里先将 size()的值记录下来，防止下面调用时_start改变导致错误
int sz = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
// 这里不能使用memcpy函数拷贝，memcpy函数只会浅拷贝
// 如果遇到需要深拷贝的对象的时候会出错
for (int i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
// 分三种情况 （n为新的元素个数）
// (1) n <= _size
// (2) n > _size && n <= _capacity
// (3) n > _capacity
// 第一种情况为缩短，第二三种情况为增长，
// 但第二种情况不需要扩容，第三种情况不需要
// 由于resize内部当传入的参数小于_capacity 时不会扩容
// 所以将第二三种情况放在一起
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
if (_start + n <= _finish)
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = size(); i < n; i++)
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
}
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
};
}
3.2 vector 中 size、capacity 和 empty 的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
template<class T>
class vector
{
public:
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
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
};
}
3.3 vector 默认成员函数的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
template<class T>
class vector
{
public:
// 函数声明给了缺省值，构造时会走初始化列表
vector()
{ }
vector(int n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
_finish = _start + v.size();
_endOfStorage = _start + v.capacity();
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
*(_start + i) = v[i];
}
}
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
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
};
}
3.4 vector 中 迭代器 和 范围构造函数 的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
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 cbegin()const
{
return _start;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = *first;
_finish++;
first++;
}
}
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
};
}
3.5 vector 中 insert 、erase、push_back 和pop_back 的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
for (size_t i = size(); _start + i > pos; i--)
{
*(_start + i) = *(_start + i - 1);
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
int end = size() - 1;
for (int i = pos - _start; i < end; i++)
{
*(_start + i) = *(_start + i + 1);
}
--_finish;
return pos;
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(_finish != _start);
_finish--;
}
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
};
}
3.6 vector 中 operator[] 的实现
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
template<class T>
class vector
{
public:
T& operator[](size_t pos)
{
return *(_start + pos);
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
return *(_start + pos);
}
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
};
}
3.7 vector 实现中使用memcpy拷贝问题
假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？
int main()
{
aj::vector<string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}
问题分析：
memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。
3.8 vector 实现汇总及函数测试
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace aj
{
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 cbegin()const
{
return _start;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
// construct and destroy
// 函数声明给了缺省值，构造时会走初始化列表
vector()
{ }
vector(int n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = *first;
_finish++;
first++;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
_finish = _start + v.size();
_endOfStorage = _start + v.capacity();
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
*(_start + i) = v[i];
}
}
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
// capacity
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
void reserve(size_t n)
{
// 这里先将 size()的值记录下来，防止下面调用时_start改变导致错误
int sz = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
// 这里不能使用memcpy函数拷贝，memcpy函数只会浅拷贝
// 如果遇到需要深拷贝的对象的时候会出错
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 (_start + n <= _finish)
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
for (size_t i = size(); i < n; i++)
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
}
///access///
T& operator[](size_t pos)
{
return *(_start + pos);
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
return *(_start + pos);
}
///modify/
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(_finish != _start);
_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)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
for (size_t i = size() ; _start + i > pos; i--)
{
*(_start + i) = *(_start + i - 1);
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
int end = size() - 1;
for (int i = pos - _start; i < end; i++)
{
*(_start + i) = *(_start + i + 1);
}
--_finish;
return pos;
}
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
};
// 测试 reserve resize
void test_vector1()
{
vector<int> v1;
v1.reserve(100);
int cp = v1.capacity();
cout << "初始:" << cp << endl;
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
v1.push_back(i);
if (cp != v1.capacity())
{
cp = v1.capacity();
cout << "扩容:" << cp << endl;
}
}
vector<int> v2;
v2.resize(100, 20);
for (auto x : v2)
{
cout << x << ' ';
}
}
// 测试 push_back pop_back capacity size
void test_vector2()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (auto x : v1)
{
cout << x << ' ';
}
cout << endl;
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl;
v1.pop_back();
v1.pop_back();
for (auto x : v1)
{
cout << x << ' ';
}
cout << endl;
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl;
}
// 测试 begin end 范围for 迭代器 []
void test_vector3()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
vector<int>::iterator it = v1.begin();
while( it != v1.end())
{
(*it)++;
cout << *it << ' ';
it++;
}
cout << endl;
for (auto x : v1)
{
cout << x << ' ';
}
cout << endl;
}
// 测试迭代器区间构造 ， n 个对象构造
void test_vector4()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
string s("chineseperson");
vector<int> v2(s.begin(), s.end());
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << ' ';
}
cout << endl;
vector<int> v3(10 , 520);
for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
{
cout << v3[i] << ' ';
}
cout << endl;
vector<string> v4;
v4.push_back("5201314");
v4.push_back("5201314");
v4.push_back("5201314");
v4.push_back("5201314");
v4.push_back("5201314");
for (size_t i = 0; i < v4.size(); i++)
{
cout << v4[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
// 测试拷贝构造 赋值
void test_vector5()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
vector<int> v2(v1);
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << ' ';
}
cout << endl;
vector<int> v3(10, 520);
for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
{
cout << v3[i] << ' ';
}
cout << endl;
v2 = v3;
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
// 测试insert erase
void test_vector6()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
v1.insert(v1.begin(), 520);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
v1.insert(v1.begin() + v1.size(), 520);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
v1.erase(v1.begin());
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
v1.erase(v1.begin() + v1.size()-1);
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
void test_vector7()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(2);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
}
结尾
如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，大家可以在评论区中提出。
希望大家以后也能和我一起进步！！🌹🌹
如果这篇文章对你有用的话，希望大家给一个三连支持一下！！🌹🌹
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