C++——vector类及其模拟实现

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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。

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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。

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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。

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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。

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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pospos = _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：

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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：

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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：

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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： 

 

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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：

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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：

 

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 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。 

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总结

关于vector的分享就到这里啦。

喜欢本篇文章的小伙伴记得一键三连，我们下期再见！

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