[ C++ ] STL _ Vector使用及其模拟实现

目录

1.Vector的介绍

1.1 Vector的介绍

2.Vector的使用

2.1 vector的定义

2.2 vector 迭代器的使用 

2.3 vector的空间增长问题

3. vector的增删查改

3.1 push_back （重点）

3.2 pop_back (重点)

3.3 insert

3.4 erase

3.5 operator [ ] 

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1.Vector的介绍

1.1 Vector的介绍

vector官方文档介绍

1.vector是表示可变大小数组的序列容器。

2. 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。

3. 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。

4. 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。

5. 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。

6. 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

2.Vector的使用

vector在实际中非常重要且使用，因此我们需要熟悉使用常用的接口，以下将从常用的接口入手并进行模拟实现

vector模拟实现的基本结构：

template<class T>
class vector
{
public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
	    
        //无参构造
        vector()
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstoage(nullptr)
		{}
 
		//资源管理
		~vector()
		{
			if (_start)
			{
				delete[] _start;
				_start = _finish = _endofstoage = nullptr;
			}
		}
 
 
        size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}
 
 
		size_t capacity() const
		{
			return _endofstoage - _start;
		}	
private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstoage;
};

2.1 vector的定义

//无参构造
vector()
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstoage(nullptr)
{}
 
//拷贝构造
void swap(vector& v)
{
	std::swap(_start, v._start);
	std::swap(_finish, v._finish);
	std::swap(_endofstoage, v._endofstoage);
}
 
//vector(const vector& v)
vector(const vector& v)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstoage(nullptr)
{
	vector tmp(v.begin(), v.end());
	swap(tmp);
}
 
//初始化n个val 
vector(size_t n, const T& val = T())
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstoage(nullptr)
{
	reserve(n);
	for (size_t i = 0; i < n; ++i)
	{
		push_back(val);
	}
}
 
//使用迭代化区间初始化
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstoage(nullptr)
{
	while (first != last)
	{
		push_back(*first);
		++first;
	}
}

2.2 vector 迭代器的使用 

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

2.3 vector的空间增长问题

void resize(size_t n, T val = T())
{
	if (n > capacity())
	{
 
		reserve(n);
	}
	if (n > size())
	{
		while (_finish < _start + n)
		{
			*_finish = val;
			++_finish;
		}
	}
	else
	{
		_finish = _start + n;
	}
}

void reserve(size_t n)
{
	size_t sz = size();
	if (n > capacity())
	{
		T* tmp = new T[n];
		if (_start)
		{
			//这里会造成浅拷贝问题
			//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
			for (size_t i = 0; i < size(); ++i)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
 
			delete[] _start; 
		}
		_start = tmp;
	}
	_finish = _start + sz;
	_endofstoage = _start + n;
 
}

注意：

1、我们在扩容的时候有一个小细节，capacity的容量扩容在vs和g++下分别运行是有区别的，在Vs下caoacity的扩容是按1.5倍增长的；在g++下是按2倍增长的。不能固化的认为，vector的增长都是2倍，具体增长的多少要根据需求定义。Vs是PJ盘本的STL，g++是SGI版本的STL。

//vs下
int main()
{
	vector<int> v;
	size_t sz = v.capacity();
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
 
	return 0;
}

3. vector的增删查改

3.1 push_back （重点）

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstoage)
			{
				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
 
			//insert(end(), x);
		}

 方法：

1、实现要考虑是否需要扩容，如果 _finish == _endofstoage 则需要扩容

2、尾插元素， ++_finish

3.2 pop_back (重点)

pop_back比较简单，尾删的逻辑不是删除而是覆盖，因此只需要--_finish即可

		void pop_back()
		{
			if (_finish > _start)
			{
				--_finish;
			}
			//erase(end() - 1);
		}

3.3 insert

insert插入是在pos位置之前插入x

方法：

1、判断pos位置的合法性。

2、判断是否需要扩容，如果需要扩容则注意，这里会引发迭代器失效问题。

由于迭代器失效问题比较复杂，情况多样，我总结了一篇单独的博客供大家参考：

[ C++ ] STL_vector -- 迭代器失效问题 

3、 挪动数据，由后往前走，让前一个覆盖后一个。

4、插入数据，++_finish， 返回pos位置

		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			//检查
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			//空间不够  扩容
			//扩容以后 pos就失效了
			if (_finish == _endofstoage)
			{
				//使用相对距离来计算确定pos位置
				size_t n = pos - _start;
				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);
				pos = _start + n;
			}
 
			//挪动数据
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
 
			return pos;
		}

3.4 erase

erase是删除pos位置的数据

方法：

1、判断pos位置的合法性。

2.、拿到pos位置下一个位置的迭代器，从前往后，后一个覆盖前一个。

3、最后--_finish，返回pos位置

        iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
 
			return pos;
		}

3.5 operator [ ] 

重载的operator [ ] 就是取到pos位置对应的数据即可，比较简单

		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
 
		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}

 (本篇完)