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为了让我们更加深入理解vector
,接下来我们将模拟实现一个·简易版的vector
。而为了和STL
库中的vecotr
以示区分,我们将使用命名空间namespace
对其封装。
vector
的底层其实就是我们之前在数据结构学习的顺序表,但是与顺序表不同的是vector
的成员变量是三个迭代器,也可以说是三个指针。
下面是vector
的成员变量:
namespace betty { template class vector { public: //... private: iterator _start; iterator _finish; iterator _end_of_storage; }; }
其中start
指向起始位置,_finish
指向有效数据末尾的后一个位置,最后_end_of_storage
指向容量大小末尾的后一个位置。
在知道vector
的成员变量之后,接下来我们将探究vector
的成员函数,而常见成员函数的用法我们早在之前就已经介绍过了 ,下面我们将来具体实现一下:
首先我们来模拟实现一下迭代器iterator
,而在vector
中迭代器iterator
与string
中的迭代器类似就是一个指针。所以我们直接使用typedef
实现
typedef char* iterator;//普通迭代器 typedef const char* const_iterator;//const迭代器
接下来我们来实现begin()
与end()
,其中begin()
指向的是数组的起始位置即_start
,而end
指向有效长度最后的下一位即_finish
的位置。
iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; }
实现完普通迭代器之后,我们可以顺便重载一个const_iterator
的版本。
const_iterator begin() const { return _start; } const_iterator end() const { return _finish; }
我们知道在vector
中还有一个反向迭代器,这个我们在之后会统一实现。
我们之前在学习vector
时知道其初始化方式有很多,可以通过默认构造函数给其初始化,n个val初始化,也可以通过迭代器初始化。
首先我们写一个默认构造函数,将其所有变量都设为空。
vector() :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) { ; }
接下来我们来实现迭代器初始化,而因为我们可以通过其他容器的迭代器对其初始化,所以要通过模版来实现。
template vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last) { push_back(*first); ++first; } }
最后我们来实现n个val初始化。
vector(size_t n, const T& val = T()) { resize(n, val); } vector(int n, const T& val = T()) { resize(n, val); }
至于为什么要同时重载int
与size_t
两种不同类型,那是为了防止在传两个int
类型的参数时被编译器交给模版InputIterator
识别,然后报错。
拷贝构造也十分简单,直接拷贝就行,但是也有一些注意事项。
vector(const vector& v) { _start = new T[v.capacity()];//开辟capacity的空间 for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) { _start[i] = v._start[i];//进行深拷贝 } _finish = _start + v.size();//更新_finish _end_of_storage = _start + v.capacity();//更新_end_of_storage }
这里注意不能利用memcpy()
等库函数进行拷贝,因为这些函数都是进行的浅拷贝。如果模版参数T
是string
,vector
等自定义类型,当程序结束回收内存时就会发生内存错误。
当然我们也可以通过一个取巧的方式来实现拷贝构造。
vector(vector& v) { // 根据v的capacity()去开出对应的空间 reserve(v.capacity()); //进行深拷贝 for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) { push_back(v[i]); } }
首先通过构造出一个与数组相同的数组v
,然后让this
所指向的数组与其交换,这样出了作用域之后销毁的就是原this
所指向的数组。当然我们必须先将this
所指向的数组先初始化扩容。
赋值运算符重载与拷贝构造的实现就非常类似了,直接实现即可。
vector operator = (vector v) { swap(v); return *this; }
最后我们实现析构函数,只需要清理资源即可
~vector() { delete[]_start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; }
首先我们先实现返回数组有效长度的size()
与容量大小的capacity()
。并且为了适配const
对象,最后用const
修饰this
指针。
size_t size() const { return _finish - _start; } size_t capacity() const { return _end_of_storage - _start; }
接下来我们来实现扩容函数reserve()
与·resize()
,其中reserve()
最简单,只要新容量大于旧容量就发生扩容,其中注意需要提前记录size
大小,防止数组异地扩容原数组释放之后找不到原数组大小。
void reserve(size_t n) { //提前原本记录长度 size_t sz = size(); if (n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; if (_start) { //深拷贝 for (size_t i = 0; i < size(); i++) { tmp[i] = _start[i];//赋值重载 } delete[]_start; } _start = tmp; _finish = _start + sz; _end_of_storage = _start + n; } }
而resize()
的逻辑就比较复杂,需要分三种情况讨论。设字符串原来有效长度为size
,容量为capacity
,新容量为n
- 当
n
时, resize
会删除有效字符到指定大小。- 当
size
时, resize
会补充有效字符(默认为0)到指定大小。- 当
n>capacity
时,resize
会补充有效字符(默认为0)到指定大小。
void resize(size_t n,const T&val=T()) { if (n < size()) { //更新数组大小 _finish = _start + n; } else { //扩容 reserve(n); while (_finish != _start + n) { *_finish = val; ++_finish; } } }
为了符合我们C语言访问数组的习惯,我们可以先重载operator[]
。当然我们也要提供两种不同的接口:可读可写与可读不可写。并且使用引用返回,减少不必要的拷贝。
// 可读可写 T& operator[](size_t pos) { assert(pos < size()); return _start[pos]; } // 可读不可写 T& operator[](size_t pos)const { assert(pos < size()); return _start[pos]; }
同理我们也可以实现front()
与back()
函数。
// 可读可写 char& front() { return _start[0]; } char& back() { return _start[_size() - 1]; } // 可读不可写 const char& front()const { return _start[0]; } const char& back()const { return _start[_size() - 1]; }
首先我们将实现两个常用的修改函数:push_back()
与pop_back()
。
void push_back(const T& x) { //判断是否扩容 if (_finish == _end_of_storage) { size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity(); reserve(newCapacity); } *_finish = x; ++_finish; } void pop_back() { --_finish; }
随后我们来实现数组的交换swap()
函数,我们知道vector
的交换其实就是指针_start
,_finish
,_end_of_storage
的交换。
void swap(vector& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); }
接下来我们实现insert()
与erase()
两个函数。其中insert()
在插入时可能扩容,这时就需要记录起始长度,方便更新迭代器返回。
iterator insert(iterator pos, const T& x) { assert(pos <= _finish && pos >= _start); //检查是否扩容 if (_finish == _end_of_storage) { //先记录长度 size_t len = pos - _start; size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newCapacity); //更新迭代器指向新空间 pos = _start + len; } //往后覆盖 iterator end = _finish; while (end > pos) { *end = *(end - 1); --end; } *pos = x; ++_finish; return pos; }
同样的为了防止迭代器失效,需要返回新的迭代器。
iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator end = pos + 1; while (end != _finish) { *(end - 1) = *end; ++end; } --_finish; return pos; }
#pragma once namespace betty { template class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; vector() :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_end_of_storage(nullptr) { ; } vector(size_t n, const T& val = T()) { resize(n, val); } vector(int n, const T& val = T()) { resize(n, val); } template vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last) { push_back(*first); ++first; } } //vector(const vector& v) //{ // _start = new T[v.capacity()];//开辟capacity的空间 // for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) // { // _start[i] = v._start[i];//循环拷贝 // } // _finish = _start + v.size();//更新_finish // _end_of_storage = _start + v.capacity();//更新_end_of_storage //} vector(vector& v) { // 根据v的capacity()去开出对应的空间 reserve(v.capacity()); //进行深拷贝 for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) { push_back(v[i]); } } vector operator=(vector 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 _end_of_storage - _start; } void reserve(size_t n) { //提前原本记录长度 size_t sz = size(); if (n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; if (_start) { //深拷贝 for (size_t i = 0; i < size(); i++) { tmp[i] = _start[i];//赋值重载 } delete[]_start; } _start = tmp; _finish = _start + sz; _end_of_storage = _start + n; } } void push_back(const T& x) { //判断是否扩容 if (_finish == _end_of_storage) { size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity(); reserve(newCapacity); } *_finish = x; ++_finish; } void resize(size_t n,const T&val=T()) { if (n < size()) { _finish = _start + n; } else { reserve(n); while (_finish != _start + n) { *_finish = val; ++_finish; } } } T& operator[](size_t pos) { assert(pos < size()); return _start[pos]; } T& operator[](size_t pos)const { assert(pos < size()); return _start[pos]; } iterator insert(iterator pos, const T& x) { assert(pos <= _finish && pos >= _start); //检查是否扩容 if (_finish == _end_of_storage) { //先记录长度 size_t len = pos - _start; size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newCapacity); //更新迭代器指向新空间 pos = _start + len; } //往后覆盖 iterator end = _finish; while (end > pos) { *end = *(end - 1); --end; } *pos = x; ++_finish; return pos; } iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator end = pos + 1; while (end != _finish) { *(end - 1) = *end; ++end; } --_finish; return pos; } void pop_back() { --_finish; } void swap(vector& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); } ~vector() { delete[]_start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; } private: iterator _start; iterator _finish; iterator _end_of_storage; }; } ase(iterator pos) { assert(pos >= _start && pos < _finish); iterator end = pos + 1; while (end != _finish) { *(end - 1) = *end; ++end; } --_finish; return pos; } void pop_back() { --_finish; } void swap(vector& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); } ~vector() { delete[]_start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; } private: iterator _start; iterator _finish; iterator _end_of_storage; }; }