C++——vector类及其模拟实现

前言：前边我们进行的string类的方法及其模拟实现的讲解。这篇文章将继续进行C++的另一个常用类——vector。

一.什么是vector

vector和string一样，隶属于C++中STL标准模板库中的一个自定义数据类型，实际上就是线性表。两者之间有着很多相似，甚至相同的方法。

但是它们也有着很大的不同：因为vector是线性表，所以他可以存储任意类型的数据，甚至是自定义类型的数据，包括vector本身。

二.vector基本框架

#include<assert.h>

namespace Myvector
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
		//构造函数
		voctor()
		{}
		//析构函数
		~voctor()
		{
			delete[] _start;
			_strat = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}
		//迭代器
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}
		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}
		//数据个数
		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}
		//空间大小
		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}
		//[]运算符重载
		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _endofstorage = nullptr;
	};
}

因为vector允许定义不同类型的数据，所以我们要使用模版来定义类。

值得注意的是，在voctor中我们不用传统的size和capacity来定义数据个数和总空间大小，而是都将它们定义为指针类型，通过指针间的相减来得到size和capacity。初始情况下三者均为空指针。

同时我们将T*指针类型重定义为iterator，这是因为vector的本质就是数组，其迭代器就是指针。

三.vector常用操作

1.扩容

扩容分为两种方式，只扩容不初始化的reserve，以及扩容并且初始化的resize调整：

		//扩容
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t old_size = size();
				T* tmp = new T[n];
				//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
				for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}
				delete[] _start;
				_start = tmp;
				_finish = old_size + tmp;
				_endofstorage = tmp + n;
			}
		}

扩容较为简单，值得注意的是这里不在使用strcpy，而是通过for循环的方式进行赋值。

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

对于resize，因为我们需要使用缺省参数，但是由于vector的对象类型不定，甚至是自定义类型，所以我们不能使用0作为缺省参数，而应使用匿名对象作为参数，让匿名对象去自动识别类型并调用自己的构造函数形成初始值。

2.插入

先来看尾插，与string类似，需要考虑扩容：

		//尾插
		void push_back(const T& val)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}
			*_finish = val;
			_finish++;
		}

测试如下：

 在来看指定位置的插入，先判断pos是否合法，同样需要判断扩容：

		//指定位置插入
		void insert(iterator pos, const T& val)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				//扩容要更新pos
				pos = _start + len;
			}
			iterator it = _finish - 1;
			while (it >= pos)
			{
				*(it + 1) = *it;
				--it;
			}
			*pos = val;
			_finish++;
		}

这个指定的位置pos用迭代器比用数字更加方便进行比较，所以建议直接使用迭代器进行插入。

有一点值得注意的是，传入的pos是指向原数组的，如果进行了扩容，那么原数组被销毁，所有的指针都指向新的数组，所以也需要对pos指针进行更新，否则pos就会成为野指针。 

 测试如下：

3.遍历

除了上边的for循环遍历外，我们还可以通过迭代器和范围for进行遍历：

		vector<int>::iterator it = v.begin();
		while (it != v.end())
		{
			cout << *it << ' ';
			++it;
		}
		cout << endl;
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << ' ';
		}
		cout << endl;

测试如下：

4.删除

首先来看尾删，和顺序表一样，尾删就直接让_finish减1即可，还要注意判断是否为空：

		//判空
		bool empty()
		{
			return _start == _finish;
		}
		//尾删
		void pop_back()
		{
			assert(!empty());
			--_finish;
		}

测试如下：

 再来看指定位置的删除：

		//指定位置删除
		void erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);
			iterator it = pos + 1;
			while (it < _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				it++;
			}
			_finish--;
		}

测试如下：

5.交换 

想要实现两个对象之间的交换，其底层实现还是要借助std库中的swap函数：

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

测试如下： 

6.赋值

使用容器的一种必不可少的方法就是相同类型的对象之间的赋值，这就关系到类中的拷贝构造函数了。

我们知道拷贝构造分为浅拷贝和深拷贝，后者要关系到指针，显然，voctor类型对象的成员变量都是指针，所以我们必须写出深拷贝构造函数：

		//拷贝构造函数
		vector(const vector<T>& v)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}

这里我们采用了先开空间，在依次尾插的方式来实现拷贝构造函数，测试如下：

还可以使用“=”运算符重载的方式进行赋值：

		//=运算符重载
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

这个写法非常的高明，假设赋值为：v1 = v2，那么v将作为v2的拷贝与v1进行交换，然后返回v1，而v因为只是一个拷贝，出函数后就会被销毁，所以也不会影响到v2的值，测试如下：

 此外，还有一种方式，他可以选择某个对象的部分区间赋值给新的对象，叫做迭代器区间构造：

		//迭代器区间构造
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				first++;
			}
		}

 这里要注意，该函数我们把它写成模版函数。

类模板的成员函数可以是函数模版，那么写成这样的好处是什么呢？

能够看出，我们不仅能截取同为vector类型的对象，还能够截取不同的string类型的对象。 

总结

关于vector的分享就到这里啦。

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