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【C++】一篇文章带你深入了解vector

心中带点小风骚 • • IT • 阅读 47

目录

  • 一、vector的介绍
  • 二、 标准库中的vector
    • 2.1 vector的常见接口说明
      • 2.1.1 vector对象的常见构造
        • 2.1.1.1 [无参构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)
        • 2.1.1.2 [有参构造函数（构造并初始化n个val）](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)
        • 2.1.1.3 [有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造）](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)
        • 2.1.1.4 [拷贝构造函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/)
      • 2.1.2 vector iterator 的使用
        • 2.1.2.1 [begin()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/begin/) + [end()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/end/)
        • 2.1.2.2 [rbegin()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/rbegin/) + [rend()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/rend/)
      • 2.1.3 vector对象的容量操作
        • 2.1.3.1 [size()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/size/)
        • 2.1.3.2 [capacity()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/capacity/)
        • 2.1.3.3 [empty()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/empty/)
        • 2.1.3.4 [resize()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/resize/)
        • 2.1.3.5 [reserve()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/reserve/)
        • 2.1.3.6 vector空间增长问题
      • 2.1.4 vector对象的增删查改及访问
        • 2.1.4.1 [operator[]](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/operator%5B%5D/)
        • 2.1.4.2 [push_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/push_back/)
        • 2.1.4.3 [pop_back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/pop_back/)
        • 2.1.4.4 [find()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/algorithm/find/)
        • 2.1.4.5 [insert()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/insert/)
        • 2.1.4.6 [erase()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/erase/)
        • 2.1.4.7 [swap()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/swap/)
        • 2.1.4.8 [front()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/front/) + [back()函数](https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/back/)
      • 2.1.5 vector迭代器失效问题
  • 三、vector 深度剖析及模拟实现
    • 3.1 vector 中 reserve 和 resize 的实现
    • 3.2 vector 中 size、capacity 和 empty 的实现
    • 3.3 vector 默认成员函数的实现
    • 3.4 vector 中 迭代器 和 范围构造函数 的实现
    • 3.5 vector 中 insert 、erase、push_back 和pop_back 的实现
    • 3.6 vector 中 operator[] 的实现
    • 3.7 vector 实现中使用memcpy拷贝问题
    • 3.8 vector 实现汇总及函数测试
  • 结尾

一、vector的介绍

vector的文档介绍

  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

二、 标准库中的vector

2.1 vector的常见接口说明

2.1.1 vector对象的常见构造

2.1.1.1 无参构造函数
vector();

int main()
{
	vector<int> v;

	return 0;
}

2.1.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）
vector (size_type n, const value_type& val = value_type());

int main()
{
	vector<int> v(5,10);

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.1.3 有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造）
template <class InputIterator>
     vector (InputIterator first, InputIterator last);

使用迭代器进行初始化构造，并不是只能使用对应容器的迭代器区间，而是所有容器的迭代器区间都可以用来初始化。

int main()
{
	string s("I Love You");
	vector<int> v(s.begin(),s.end());

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.1.4 拷贝构造函数
vector (const vector& x);

int main()
{
	vector<int> v1(10,5);
	vector<int> v2(v1);

	for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
	{
		cout << v2[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.2 vector iterator 的使用

2.1.2.1 begin()函数 + end()函数
	  iterator begin();
const_iterator begin() const;
获取第一个数据位置的iterator/const_iterator

	  iterator end();
const_iterator end() const;
获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator


int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

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

	return 0;
}

2.1.2.2 rbegin()函数 + rend()函数
 	  reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;
获取最后一个数据位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator 

	  reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;
获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator 


int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();
	while (it != v.rend())
	{
		cout << *it << ' ';
		++it;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.3 vector对象的容量操作

2.1.3.1 size()函数
size_type size() const;
获取数据个数

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	cout << v.size() << endl;

	return 0;
}

2.1.3.2 capacity()函数
size_type capacity() const;
获取容量大小

int main()
{
	vector<int> v;
	int old = v.capacity();
	cout << "初始:" << v.capacity() << endl;
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (old != v.capacity())
		{
			old = v.capacity();
			cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;
		}
	}

	return 0;
}

2.1.3.3 empty()函数
bool empty() const;		判断是否为空

int main()
{
	vector<int> v;
	cout << v.empty() << endl;

	v.push_back(1);
	cout << v.empty() << endl;

	return 0;
}

2.1.3.4 resize()函数
void resize (size_type n, value_type val = value_type());
是将字符串中有效字符个数改变到n个，
如果 n 小于当前容器的大小，
则容器会被截断为仅包含前 n 个元素；
如果 n 大于当前容器的大小，
则容器会被扩展到包含 n 个元素，并使用 val 值填充新添加的元素。

注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，
可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

int main()
{
	vector<int> v(20,20);
	cout << "初始:     size:" << v.size() << "     capacity:" << v.capacity() << endl;

	v.resize(10);
	cout << "缩小后:   size:" << v.size() << "     capacity:" << v.capacity() << endl;

	v.resize(30, 5);
	cout << "扩大后:   size:" << v.size() << "     capacity:" << v.capacity() << endl;

	return 0;
}

2.1.3.5 reserve()函数
void reserve (size_type n);
改变vector的capacity

int main()
{
	vector<int> v;
	cout << "初始:" << v.capacity() << endl;

	v.reserve(100);
	cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;

	return 0;
}

2.1.3.6 vector空间增长问题
  • capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
  • reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
  • resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}
vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141
g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 4
capacity changed : 8
capacity changed : 16
capacity changed : 32
capacity changed : 64
capacity changed : 128

// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVectorExpandOP()
{
	vector<int> v;
	size_t sz = v.capacity();
	v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
	cout << "making bar grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

2.1.4 vector对象的增删查改及访问

2.1.4.1 operator[]
像数组一样访问数据
 	   reference operator[] (size_type n);
 const_reference operator[] (size_type n) const;

int main()
{
	vector<int> v(5, 10);

	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.4.2 push_back()函数
void push_back (const value_type& val); 尾插

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.4.3 pop_back()函数
void pop_back(); 尾删

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{	cout << v[i] << ' ';	}

	cout << endl;

	v.pop_back();

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	return 0;
}

2.1.4.4 find()函数
查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
template <class InputIterator, class T>
			InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	std::vector<int>::iterator it;

	it = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (it != v.end())
		std::cout << "Element found in v: " << *it << '\n';
	else
		std::cout << "Element not found in v\n";

	return 0;
}

2.1.4.5 insert()函数
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator 

void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);
insert()函数能够在position之前插入 n 个 val             

template <class InputIterator>
		void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据       		

int main()
{
	vector<int> v;
	string s("I Love You");

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{	cout << v[i] << ' ';	}

	cout << endl;
	
	// insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator 
	cout << *(v.insert(v.begin(), 30)) << endl;
	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	// insert()函数能够在position之前插入 n 个 val 
	v.insert(v.begin() + 2, 5, 10);
	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	//  insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据      
	v.insert(v.begin() + 5, s.begin(),s.end());
	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

2.1.4.6 erase()函数
iterator erase (iterator position);
erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator

iterator erase (iterator first, iterator last);
erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator                                           

int main()
{
	vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	// erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator
	cout << *(v.erase(v.begin())) << endl;

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	// erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据
	// 并返回删除数据后面数据位置的 iterator  
	cout << *(v.erase(v.begin(), v.begin() + 5)) << endl;

	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		cout << v[i] << ' ';
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.1.4.7 swap()函数
void swap (vector& x);  
交换两个vector的数据空间

int main()
{
	vector<int> v1(4, 5);
	vector<int> v2(5, 10);

	for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{	cout << v1[i] << ' ';	}

	cout << endl;

	for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
	{	cout << v2[i] << ' ';	}

	cout << endl;

	v1.swap(v2);

	for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		cout << v1[i] << ' ';
	}

	cout << endl;

	for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)
	{
		cout << v2[i] << ' ';
	}

	cout << endl;
	return 0;
}

2.1.4.8 front()函数 + back()函数
访问vector中的第一个数据
	  reference front();
const_reference front() const;

访问vector中的最后一个数据
	  reference back();
const_reference back() const;

2.1.5 vector迭代器失效问题

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

  1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();
	// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
	// v.resize(100, 8);
	// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
	// v.reserve(100);
	// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
	// v.insert(v.begin(), 0);
	// v.push_back(8);
	// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
	v.assign(100, 8);
	/*
	出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
	而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
	空间，而引起代码运行时崩溃。
	解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
	赋值即可。
	*/
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
  1. 指定位置元素的删除操作–erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
	v.erase(pos);
	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
	return 0;
}

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。

以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}
	return 0;
}

int main()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			it = v.erase(it);
		else
			++it;
	}
	return 0;
}

解答：第一个main函数错误，第二个main函数正确，因为erase()函数返回的就是删除元素后面元素位置的迭代器，++it会导致跳过一个元素，如果最后一个元素是偶数还会导致程序崩溃。

  1. 注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;
	auto it = v.begin();
	cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
	v.reserve(100);
	cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
	// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

程序输出：
1 2 3 4 5
扩容之前，vector的容量为: 5
扩容之后，vector的容量为 : 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5

// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
	v.erase(it);
	cout << *it << endl;
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
程序可以正常运行，并打印：
4 4
5
// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}
	for (auto e : v)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}
========================================================
// 使用第一组数据时，程序可以运行得到的结果是
1 3 5
======================================================== =
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
Segmentation fault

三、vector 深度剖析及模拟实现


3.1 vector 中 reserve 和 resize 的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        void reserve(size_t n)
        {
            // 这里先将 size()的值记录下来，防止下面调用时_start改变导致错误
            int sz = size();
            if (n > capacity())
            {
                T* tmp = new T[n];
                if (_start)
                {
                    // 这里不能使用memcpy函数拷贝，memcpy函数只会浅拷贝
                    // 如果遇到需要深拷贝的对象的时候会出错
                    for (int i = 0; i < sz; i++)
                    {
                        tmp[i] = _start[i];
                    }
                    delete[] _start;
                }

                _start = tmp;
                _finish = _start + sz;
                _endOfStorage = _start + n;
            }
        }
		
		 // 分三种情况 （n为新的元素个数）
        //  (1) n <= _size
        //  (2) n > _size && n <= _capacity
        //  (3) n > _capacity
        // 第一种情况为缩短，第二三种情况为增长，
        // 但第二种情况不需要扩容，第三种情况不需要
        // 由于resize内部当传入的参数小于_capacity 时不会扩容
        // 所以将第二三种情况放在一起
        void resize(size_t n, const T& value = T())
        {
            if (_start + n <= _finish)
            {
                _finish = _start + n;
            }
            else
            {
                reserve(n);
                for (size_t i = size(); i < n; i++)
                {
                    *_finish = value;
                    _finish++;
                }
            }
        }

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.2 vector 中 size、capacity 和 empty 的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        size_t size() const
        {
            return _finish - _start;
        }

        size_t capacity() const
        {
            return _endOfStorage - _start;
        }

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

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.3 vector 默认成员函数的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        // 函数声明给了缺省值，构造时会走初始化列表
        vector()
        { }

        vector(int n, const T& value = T())
        {
            reserve(n);
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                *_finish = value;
                _finish++;
            }
        }

        vector(const vector<T>& v)
        {
            _start = new T[v.capacity()];
            _finish = _start + v.size();
            _endOfStorage = _start + v.capacity();
            for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
            {
                *(_start + i) = v[i];
            }
        }

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

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

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

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.4 vector 中 迭代器 和 范围构造函数 的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        // Vector的迭代器是一个原生指针
        typedef T* iterator;
        typedef const T* const_iterator;

        iterator begin()
        {
            return _start;
        }

        iterator end()
        {
            return _finish;
        }

        const_iterator cbegin()const
        {
            return _start;
        }

        const_iterator cend() const
        {
            return _finish;
        }

        template<class InputIterator>
        vector(InputIterator first, InputIterator last)
        {
            while (first != last)
            {
                if (_finish == _endOfStorage)
                {
                    reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
                }
                *_finish = *first;
                _finish++;
                first++;
            }
        }

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.5 vector 中 insert 、erase、push_back 和pop_back 的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        typedef T* iterator;

        iterator insert(iterator pos, const T& x)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos <= _finish);
            if (_finish == _endOfStorage)
            {
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
            }

            for (size_t i = size(); _start + i > pos; i--)
            {
                *(_start + i) = *(_start + i - 1);
            }

            *pos = x;
            _finish++;

            return pos;
        }

        iterator erase(iterator pos)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos < _finish);

            int end = size() - 1;
            for (int i = pos - _start; i < end; i++)
            {
                *(_start + i) = *(_start + i + 1);
            }
            --_finish;
            return pos;
        }
        void push_back(const T& x)
        {
            if (_finish == _endOfStorage)
            {
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
            }
            *_finish = x;
            _finish++;
        }

        void pop_back()
        {
            assert(_finish != _start);
            _finish--;
        }

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.6 vector 中 operator[] 的实现

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        T& operator[](size_t pos)
        {
            return *(_start + pos);
        }

        const T& operator[](size_t pos)const
        {
            return *(_start + pos);
        }

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };
}

3.7 vector 实现中使用memcpy拷贝问题

假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？

int main()
{
	aj::vector<string> v;
	v.push_back("1111");
	v.push_back("2222");
	v.push_back("3333");

	return 0;
}

问题分析：

  1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中
  2. 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。


结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

3.8 vector 实现汇总及函数测试

#pragma once

#include <iostream>
#include <assert.h>

using namespace std;

namespace aj
{
    template<class T>
    class vector
    {
    public:
        // Vector的迭代器是一个原生指针
        typedef T* iterator;
        typedef const T* const_iterator;

        iterator begin()
        {
            return _start;
        }

        iterator end()
        {
            return _finish;
        }

        const_iterator cbegin()const
        {
            return _start;
        }

        const_iterator cend() const
        {
            return _finish;
        }

        // construct and destroy

        // 函数声明给了缺省值，构造时会走初始化列表
        vector()
        { }

        vector(int n, const T& value = T())
        {
            reserve(n);
            for (int i = 0; i < n; i++)
            {
                *_finish = value;
                _finish++;
            }
        }

        template<class InputIterator>
        vector(InputIterator first, InputIterator last)
        {
            while (first != last)
            {
                if (_finish == _endOfStorage)
                {
                    reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
                }
                *_finish = *first;
                _finish++;
                first++;
            }
        }

        vector(const vector<T>& v)
        {
            _start = new T[v.capacity()];
            _finish = _start + v.size();
            _endOfStorage = _start + v.capacity();
            for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
            {
                *(_start + i) = v[i];
            }
        }

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

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

        // capacity

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

        size_t capacity() const
        {
            return _endOfStorage - _start;
        }

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

        void reserve(size_t n)
        {
            // 这里先将 size()的值记录下来，防止下面调用时_start改变导致错误
            int sz = size();
            if (n > capacity())
            {
                T* tmp = new T[n];
                if (_start)
                {
                    // 这里不能使用memcpy函数拷贝，memcpy函数只会浅拷贝
                    // 如果遇到需要深拷贝的对象的时候会出错
                    for (int i = 0; i < sz; i++)
                    {
                        tmp[i] = _start[i];
                    }
                    delete[] _start;
                }

                _start = tmp;
                _finish = _start + sz;
                _endOfStorage = _start + n;
            }
        }

        void resize(size_t n, const T& value = T())
        {
            if (_start + n <= _finish)
            {
                _finish = _start + n;
            }
            else
            {
                reserve(n);
                for (size_t i = size(); i < n; i++)
                {
                    *_finish = value;
                    _finish++;
                }
            }
        }

        ///access///

        T& operator[](size_t pos)
        {
            return *(_start + pos);
        }

        const T& operator[](size_t pos)const
        {
            return *(_start + pos);
        }

        ///modify/

        void push_back(const T& x)
        {
            if (_finish == _endOfStorage)
            {
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
            }
            *_finish = x;
            _finish++;
        }

        void pop_back()
        {
            assert(_finish != _start);
            _finish--;
        }

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

        iterator insert(iterator pos, const T& x)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos <= _finish);
            if (_finish == _endOfStorage)
            {
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
            }

            for (size_t i = size() ; _start + i > pos; i--)
            {
                *(_start + i) = *(_start + i - 1);
            }

            *pos = x;
            _finish++;

            return pos;
        }

        iterator erase(iterator pos)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos < _finish);

            int end = size() - 1;
            for (int i = pos - _start; i < end; i++)
            {
                *(_start + i) = *(_start + i + 1);
            }
            --_finish;
            return pos;
        }

    private:
        iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
        iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
    };

    // 测试 reserve   resize
    void test_vector1()
    {
        vector<int> v1;
        v1.reserve(100);
        int cp = v1.capacity();
        cout << "初始:" << cp << endl;
        for (int i = 0; i < 100; i++)
        {
            v1.push_back(i);
            if (cp != v1.capacity())
            {
                cp = v1.capacity();
                cout << "扩容:" << cp << endl;
            }
        }

        vector<int> v2;
        v2.resize(100, 20);
        for (auto x : v2)
        {
            cout << x << ' ';
        }
    }

    // 测试 push_back pop_back capacity  size
    void test_vector2()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(3);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        for (auto x : v1)
        {
            cout << x << ' ';
        }
        cout <<  endl;

        cout << v1.size() << endl;
        cout << v1.capacity() << endl;
        v1.pop_back();
        v1.pop_back();

        for (auto x : v1)
        {
            cout << x << ' ';
        }
        cout << endl;
        cout << v1.size() << endl;
        cout << v1.capacity() << endl;
    }

    // 测试 begin end 范围for 迭代器 []
    void test_vector3()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(3);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        vector<int>::iterator it = v1.begin();
        while( it != v1.end())
        {
            (*it)++;
            cout << *it << ' ';
            it++;
        }
        cout << endl;

        for (auto x : v1)
        {
            cout << x << ' ';
        }
        cout << endl;
    }

    // 测试迭代器区间构造 ， n 个对象构造
    void test_vector4()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(3);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        string s("chineseperson");
        vector<int> v2(s.begin(), s.end());
        for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
        {
            cout << v2[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        vector<int> v3(10 , 520);
        for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
        {
            cout << v3[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        vector<string> v4;
        v4.push_back("5201314");
        v4.push_back("5201314");
        v4.push_back("5201314");
        v4.push_back("5201314");
        v4.push_back("5201314");
        for (size_t i = 0; i < v4.size(); i++)
        {
            cout << v4[i] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }

    // 测试拷贝构造 赋值
    void test_vector5()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(3);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        vector<int> v2(v1);
        for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
        {
            cout << v2[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        vector<int> v3(10, 520);
        for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
        {
            cout << v3[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        v2 = v3;
        for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
        {
            cout << v2[i] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }

    // 测试insert erase
    void test_vector6()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(3);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        v1.insert(v1.begin(), 520);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        v1.insert(v1.begin() + v1.size(), 520);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        v1.erase(v1.begin());

        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;

        v1.erase(v1.begin() + v1.size()-1);
        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }

    void test_vector7()
    {
        vector<int> v1;
        v1.push_back(1);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(2);
        v1.push_back(4);
        v1.push_back(5);
        v1.push_back(6);

        vector<int>::iterator it = v1.begin();
        while (it != v1.end())
        {
            if (*it % 2 == 0)
            {
                it = v1.erase(it);
            }
            else
            {
                it++;
            }
        }

        for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
        {
            cout << v1[i] << ' ';
        }
        cout << endl;
    }
}

结尾

如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，大家可以在评论区中提出。
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