STL容器之vector剖析

一、构造函数与赋值（一）默认构造（二）拷贝构造（三）几个相同值构造（四）迭代器构造（五）initializer_list 构造（六）赋值重载

二、几个重要接口（一）reserve（二）resize（三）erase（四）insert

三、vector 的实现（完整源码）四、结束语

一、构造函数与赋值

（一）默认构造

采用初始化列表初始化，将三个迭代器都初始化为 <code>nullptr，用三个指针的关系间接地控制size,capacity以及``data`.

vector()

: _start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{ -- -->}

（二）拷贝构造

拷贝构造可以用两种方式来实现，下面第一种是直接深拷贝的思路，另外还可以采用复用的方式。

这种方式可以使得拷贝后，size(), capacity()和拷贝的值相等

vector(const vector<T>& v)

:_start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{

size_t n = v.size(), cap = v.capacity();

reserve(cap);

for (size_t i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = v[i];

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + cap;

}

这种方式采用复用，简洁了代码,可以多采用这种方式书写代码。

vector(const vector<T>& v)

{

reserve(v.capacity());

for (auto& e : v)

{

push_back(e);

}

}

（三）几个相同值构造

拷贝几个相同的值进入一个新的 vector，我们用了两个方式来实现，用 size_t来做参数，扩大n的取值范围，这样的化还需要重载一个函数 int,这是因为下面还有一个迭代器构造函数用函数模板实现，如果不这样的化，我们如果需要3个5的vector，就会自动调用函数模板，达不到预期，还会报错。

vector(size_t n, const T& value = T())

{

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = value;

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

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

{

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = value;

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

（四）迭代器构造

成员函数也可以用函数模板来实现，可以用其它容器的迭代器来构造 vector，只要能够进行自动类型转换即可。

template<class InputIterator>

vector(InputIterator first, InputIterator second)

{

size_t n = second - first;

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = *(first + i);

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

void test09()

{

vector<int> v1;

v1.push_back(1);

v1.push_back(2);

v1.push_back(3);

v1.push_back(4);

vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());

for (auto e : v2)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

string s1("hello");

vector<int> v3(s1.begin(), s1.end());

for (auto e : v3)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

vector<int> v4(10, 1);

vector<double> v5(10, 1.1);

for (auto e : v4)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

}

（五）initializer_list 构造

<code>initailzer_list是一个 std 库里面的一个对象,原理大概就是开一个数组用两个首尾指针来维护它

vector(initializer_list<T> il)

: _start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{ -- -->

int n = il.size();

_start = new T[n];

auto x = il.begin();

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = *(x + i);

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _finish;

}

下面的实例中，v1先构造了一个initializer_list 对象，接着隐式类型转换，但是编译器优化为直接构造。而v2就是直接构造，接着下面演示了如何初始化这种对象。

void test11()

{

vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6 };

vector<int> v2({ 1,2,3,4,5,6 });

auto il1 = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

initializer_list<int> il2 = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

for (auto x : il2) {

cout << x << " ";

}

}

（六）赋值重载

现代写法，这种写法简直拉满了，妙哉。

我们知道函数值传参会调用拷贝构造，我们只需要将需要赋值的对象和形参交换，就能达到赋值的效果，而函数结束后会调用析构函数自动释放形参的空间，妙不可言。

void swap(vector<T>& v1)

{

std::swap(_start, v1._start);

std::swap(_finish, v1._finish);

std::swap(_endofstorage, v1._endofstorage);

}

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

{

swap(v);

return *this;

}

二、几个重要接口

（一）reserve

在完成这个函数时，一定要采取for循环来依次赋值，如果使用 memcpy ,会发生一个深层次深浅拷贝的问题,如果_start指向的这片空间设计到动态内存开辟，那么会造成析构时释放两次的现象。

void reserve(size_t n)

{

if (n > capacity()) {

T* temp = new T[n];

size_t cnt = size();

if (_start) {

for (size_t i = 0; i < cnt; i++) {

temp[i] = _start[i];

}

delete[]_start;

}

_start = temp;

_finish = _start + cnt;

_endofstorage = _start + n;

}

}

（二）resize

设置有效元素个数，分情况讨论即可，如果 reserve 里面采用了memcpy 涉及到复用，这里也可能会报错。

void resize(size_t n, T value = T())

{

if (n <= size()) {

int num = size() - n;

_finish -= num;

}

else {

reserve(n);

while (size() < capacity()) {

push_back(value);

}

}

}

（三）erase

删除指定元素，并且返回当前删除元素的下一个元素的迭代器，返回值需要注意，否则可能发生迭代器失效的问题。

iterator erase(iterator pos)

{

assert(pos < _finish);

assert(pos >= _start);

for (auto x = pos + 1; x != _finish; x++) {

*(x - 1) = *(x);

}

_finish--;

return pos;

}

（四）insert

插入一个元素，这里用到了 reserve，因此pos指向的元素可能已经是另外开辟的空间，造成迭代器失效，这种情况我们要记住pos和_start的相对位置，这样我们才能在新的数组空间还原pos的位置。`

iterator insert(iterator pos, const T& value)

{

assert(pos <= _finish);

assert(pos >= _start);

if (_finish == _endofstorage) {

int n = pos - _start;

reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());

pos = _start + n;

}

for (auto x = _finish; x > pos; x--) {

*(x) = *(x - 1);

}

*(pos) = value;

_finish++;

return pos;

}

三、vector 的实现（完整源码）

实现vector的时候，我们没有用 capacity size data 来定义，而是用了三个指针来间接地维护这几个值。

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include<iostream>

#include<vector>

#include<assert.h>

using namespace std;

namespace wgm {

template<class T>

class vector {

public:

typedef T* iterator;

typedef const T* const_iterator;

vector()

: _start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{

cout << "vector() 调用" << endl;

}

vector(initializer_list<T> il)

: _start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{

cout << "vector(initializer_list<T> il)调用" << endl;

int n = il.size();

_start = new T[n];

auto x = il.begin();

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = *(x + i);

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _finish;

}

vector(const vector<T>& v)

:_start(nullptr)

, _finish(nullptr)

, _endofstorage(nullptr)

{

size_t n = v.size(), cap = v.capacity();

reserve(cap);

for (size_t i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = v[i];

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + cap;

}

template<class InputIterator>

vector(InputIterator first, InputIterator second)

{

size_t n = second - first;

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = *(first + i);

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

vector(size_t n, const T& value = T())

{

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = value;

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

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

{

_start = new T[n];

for (int i = 0; i < n; i++) {

_start[i] = value;

}

_finish = _start + n;

_endofstorage = _start + n;

}

~vector() {

if (_start) {

delete[] _start;

_start = _finish = _endofstorage = nullptr;

}

}

T& operator[](size_t n)

{

assert(n < size());

assert(n >= 0);

return _start[n];

}

const T& operator[](size_t n) const

{

assert(n < size());

assert(n >= 0);

return _start[n];

}

void swap(vector<T>& v1)

{

std::swap(_start, v1._start);

std::swap(_finish, v1._finish);

std::swap(_endofstorage, v1._endofstorage);

}

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

{

swap(v);

return *this;

}

iterator begin()

{

return _start;

}

iterator end()

{

return _finish;

}

const_iterator begin() const

{

return _start;

}

const_iterator end() const

{

return _finish;

}

size_t size() const

{

return _finish - _start;

}

size_t capacity() const

{

return _endofstorage - _start;

}

void reserve(size_t n)

{

if (n > capacity()) {

T* temp = new T[n];

size_t cnt = size();

if (_start) {

for (size_t i = 0; i < cnt; i++) {

temp[i] = _start[i];

}

delete[]_start;

}

_start = temp;

_finish = _start + cnt;

_endofstorage = _start + n;

}

}

void resize(size_t n, T value = T())

{

if (n <= size()) {

int num = size() - n;

_finish -= num;

}

else {

reserve(n);

while (size() < capacity()) {

push_back(value);

}

}

}

void push_back(const T& x)

{

if (_finish == _endofstorage) {

/*int n = capacity();

n = n == 0 ? 4 : n * 2;

reserve(n);*/

reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);

}

*_finish = x;

_finish++;

}

bool empty() {

return _start == _finish;

}

void pop_back()

{

assert(!empty());

_finish--;

}

iterator insert(iterator pos, const T& value)

{

assert(pos <= _finish);

assert(pos >= _start);

if (_finish == _endofstorage) {

int n = pos - _start;

reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());

pos = _start + n;

}

for (auto x = _finish; x > pos; x--) {

*(x) = *(x - 1);

}

*(pos) = value;

_finish++;

return pos;

}

iterator erase(iterator pos)

{

assert(pos < _finish);

assert(pos >= _start);

for (auto x = pos + 1; x != _finish; x++) {

*(x - 1) = *(x);

}

_finish--;

return pos;

}

private:

iterator _start;

iterator _finish;

iterator _endofstorage;

};

}

四、结束语

相比于string，vector新加入的一些新的元素，但是大同小异，后面的学习中研究不同点即可，vector中的迭代器失效，以及深浅拷贝的问题在学习时需要注意。