C++中vector的模拟实现实例详解

目录

• vector接口总览
• 默认成员函数
• 构造函数
• 拷贝构造
• 赋值重载
• 析构函数
• 迭代器相关函数
• begin和end
• 容量相关函数
• size和capacity
• reserve
• resize
• empty
• 修改容器相关函数
• push_back
• pop_back
• insert
• erase
• swap
• 访问容器相关函数
• operator[ ]
• 总结

vector接口总览

namespace nzb
{
	//模拟实现vector
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		//默认成员函数
		vector();                                           //构造函数
		vector(size_t n, const T& val);                     //构造函数
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last);    //构造函数
		vector(const vector<T>& v);                         //拷贝构造函数
		vector<T>& operator=(const vector<T>& v);           //赋值重载
		~vector();                                          //析构函数

		//迭代器相关函数
		iterator begin();
		iterator end();
		const_iterator begin()const;
		const_iterator end()const;

		//容量相关函数
		size_t size()const;
		size_t capacity()const;
		void reserve(size_t n);
		void resize(size_t n, const T& val = T());
		bool empty()const;

		//修改容器相关函数
		void push_back(const T& x);
		void pop_back();
		void insert(iterator pos, const T& x);
		iterator erase(iterator pos);
		void swap(vector<T>& v);

		//访问容器相关函数
		T& operator[](size_t i);
		const T& operator[](size_t i)const;

	private:
		iterator _start;        //指向容器的头
		iterator _finish;       //指向有效数据的尾
		iterator _endofstorage; //指向容器的尾
	};
}

默认成员函数

构造函数

1、无参构造，将所有成员变量初始化为空指针即可

vector()
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{}

2、构造一个含有n个值为val的vector容器。

先将容器容量扩大到n，再尾插val

vector(size_t n, const T& val)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
	reserve(n); //扩容
	for (size_t i = 0; i < n; i++) //尾插
	{
		push_back(val);
	}
}

3、利用迭代器区间进行构造

因为迭代器区间可以是其他迭代器区间，所以我们要重新定义一块模板，再将迭代器中的数据尾插

template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
	while (first != last)
	{
			push_back(*first);
			first++;
	}
}

拷贝构造

传统写法

先将容器容量扩大到n，再尾插原vector类中的数据（这里扩容和尾插调整了容器尾指针和数据尾指针，我们不必再次调整）

vector(const vector<T>& v)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
	reserve(v.capacity());
	for (const auto& e : v)
	{
		push_back(e);
	}
}

现代写法

利用迭代器构造一份vector类，再交换该类和拷贝构造的类

		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
			swap(tmp);
		}

赋值重载

传统写法

先初始化原来vector类的空间，再将数据拷贝过来

vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
	if (this != &v)
	{
		delete[] _start;
		_start = _finish = _endofstorage = nullptr;

		reserve(v.capacity());
		for (const auto& e : v)
		{
			push_back(e);
		}
	}
	return *this;
}

现代写法

现代写法极为巧妙，利用传值的特性（出了函数立即销毁）传入vector类，再交换该类和拷贝构造的类达到赋值的效果

vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
	swap(v);
	return *this;
}

析构函数

释放开辟存储数据的空间，再将容器的各个成员变量置为空

~vector()
{
	delete[] _start;
	_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}

迭代器相关函数

vector当中的迭代器实际上就是容器当中所存储数据类型的指针。

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;

begin和end

vector当中的begin函数返回容器的首地址，end函数返回容器当中有效数据的下一个数据的地址。

iterator begin()
{
	return _start;
}
iterator end()
{
	return _finish;
}

我们还需写一份const版本，const版本只能读不能写，防止vector中数据被修改

const_iterator begin() const
{
	return _start;
}
const_iterator end() const
{
	return _finish;
}

容量相关函数

size和capacity

size表示vector容器中已存储有效数据个数而capacity表示vector容器的最大容量，那如何得出该组数据呢？

我们知道vector成员函数_start,_finish,_endofstorage是指针，而指针减指针得到两个指针间的数据个数，我们可以用_finish-_start得到size,用_endofstorage-_start得到capacity

size_t size() const
{
	return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
	return _endofstorage - _start;
}

reserve

当n大于当前的capacity时，将capacity扩大到n或大于n。

当n小于当前capacity时什么也不做。

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		size_t sz = size(); // 记录原容器中数据个数
		T* tmp = new T[n]; // 开辟一块容量为n的空间
		if (_start) //判空
		{
			for (size_t i = 0; i < sz; i++) // 拷贝数据
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[] _start; // 释放原容器中的数据
		}
		_start = tmp; // 调整指针
		_finish = _start + sz;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

注意：这里拷贝数据不能用memcpy。当我们拷贝的是一些简单的常量时是没有问题的，但是当我们拷贝的是另一个类，如string类时，拷贝的string还是指向原来string类指向的空间。当原来string被释放时，原string类指向的空间也被释放，此时拷贝的string类指向的是一块已被释放的空间，程序结束时它将再次被释放，释放一块已被释放的空间程序报错。

resize

当n大于当前的size时，将size扩大到n，扩大的数据为val，若val未给出，则默认为容器所存储类型的默认构造函数所构造出来的值。

当n小于当前的size时，将size缩小到n。

void resize(size_t n, const T& val = T())
{
	if (n <= size())// 当n小于当前的size时
	{
		_finish = n + _start;// 将size缩小到n
	}
	else // 当n大于当前的size时
	{
		if (n > capacity())// 当n大于容量时，扩容
		{
			reserve(n);
		}

		while (_finish < _start + n)// 给size到容器结尾赋值
		{
			*_finish = val;
			_finish++;
		}
	}
}

这里用了匿名对象T（）来作为缺省参数

empty

通过比较_start和_finish指针来判断容器是否为空

bool empty()const
{
	return _start == _finish;
}

修改容器相关函数

push_back

先判断容器是否已满，如果满了先扩容再尾插，如果没满，直接尾插

void push_back(const T& x)
{
	if (_finish == _endofstorage)// 判断是否需要扩容
	{
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
	}
	// 尾插数据
	*_finish = x;
	_finish++;
}

pop_back

先判空处理，再–_finish

void pop_back()
{
	assert(!empty());// 判空
	--_finish;
}

insert

功能：利用迭代器再指定位置插入数据。

实现方式：插入前判断是否需要扩容，再将指定位置后的数据往后挪动一位，把数据插入指定位置。

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos >= _start&&pos <= _finish);// 判断传入数据的合法性
	if (_finish == _endofstorage)// 扩容
	{
		size_t len = pos - _start;// 记录pos的位置
		size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newcapacity);
		pos = _start + len;
	}
	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)// 挪动数据
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}
	*pos = x;// 插入数据
	_finish++;
	return pos;
}

注意:扩容时要记录pos和_start的相对位置，避免扩容后迭代器失效问题

erase

功能：删除指定位置数据。

实现方式：先判断传入数据的合法性，在将pos位置后的数据全部往前挪动一位，覆盖掉原pos位置的数据

iterator erase(iterator pos)
{
	assert(pos >= _start&&pos < _finish);// 判断传入数据的合法性
	iterator it = pos + 1;// 利用迭代器记录pos的后一位
	while (it != _finish)// 将pos后的数据往前挪动一位
	{
		*(it - 1) = *it;
		it++;
	}
	_finish--;

	return pos;
}

swap

功能：交换两个vector中的数据

实现方式：利用库函数中的swap进行交换

void swap(vector<T>& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}

访问容器相关函数

operator[ ]

为了方便访问数据vector中也加入了“下标+[ ]”操作

T& operator[](size_t i)// 可读可写
{
	assert(i < size());
	return _start[i];
}

const T& operator[](size_t i) const// 只能读
{
	assert(i<size());
	return _start[i];
}

总结

到此这篇关于C++中vector的模拟实现的文章就介绍到这了,更多相关C++ vector模拟实现内容请搜索我们以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！