【C++】使用vector和模拟其实现-创新互联
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网站名称：【C++】使用vector和模拟其实现-创新互联
文章位置：http://scyanting.com/article/ipdpe.html
- 1、vector的使用
- 1.1 vector的构造、拷贝构造与迭代器
- 1.2 vector的空间查询和随机访问
- 1.2 vector的增删查改
- 2、vector的模拟实现
- 2.1 vector的迭代器
- 2.2 vector的结构构建
- 2.4 vector的构造和拷贝构造
- 2.4 vector的增删
C++中的vector和C数据结构中的动态顺序表是相似的。
vector属于C++STL中的容器，STL在主流上有PJ版本（Windows Visual C++采用，可读性较差）、SGI（被Linux采用，可移植性好，阅读性也高）等。
这里的使用在VS环境下进行，后续模拟实现参考SGI版本。
值得注意的是，因为类模板的出现，容器中如vector，只是一个类模板，而真正的类需要实例化，如
vector，所以定义一个vector对象，应该是类似vector这样的。v
1.1 vector的构造、拷贝构造与迭代器
先认识一下，包括vector的构造、拷贝构造、赋值。
构造：
(为了更好理解使用，做了一些关于空间配置器的省略)
//第一种无参构造
vector()
//第二种，第一个参数代表初始有效个数，val代表赋的初始值
vector(size_type n, const value_type& val = value_type());
//第三种，迭代器赋值
template(class InputIterator)
vector(InputIterator first, InputIterator last);拷贝构造:
拷贝构造很简单
vector (const vector& x);赋值:
赋值注意的是两种不同的形式，代表不同含义。
//第一种 直接赋值
vectorv1;
vectorv2(10, 0);
v1 = v2;
//第二种 表面赋值，其实是拷贝构造
vectorv3 = v2; 实例:
#include#includeusing namespace std;
void vector_test1()
{//构造
vectorv1;
vectorv2(10, 0);
vectorv3(v2.begin(), v2.end());
string s = "hello world";
vectorvs(s.begin(), s.end());
//拷贝构造
vectorv4(v2);
vectorv5 = v2;
//赋值
vectorv6;
v6 = v2;
}
int main()
{vector_test1();
return 0;
} vector中的迭代器使用
迭代器在C++中，封装了iterator和const_iterator两个类。在使用层面上与指针的使用一致，但在底层实现上不同STL版本，不一致，不能简单和指针等同。
首先介绍简单的begin和end。
//begin 返回指向vector中首元素位置的迭代器
iterator begin();
//end 返回指向vector中末尾元素再下一个位置的迭代器
iterator end();比如:
void vector_test2()
{//构造
vectorv1(10, 1);
vectorv2(v1.begin(), v1.end());
//打印
vector::iterator it = v2.begin();
while(it != v2.end())
{cout<< *it;
++it;
}
cout<< endl;
}
const 迭代器的使用
const迭代器保护的是指向的数据不能被修改，而迭代器本身是可以被修改的。
//begin 返回指向vector中首元素位置的迭代器
const iterator begin();
//end 返回指向vector中末尾元素再下一个位置的迭代器
const iterator end() const;比如：
void vector_test3()
{//构造
vectorv1(10, 1);
//权限的缩小
const vectorv2(v1.begin(), v1.end());
//打印
//切记不能写成 因为这样是使得it不能修改。
//const vector::iterator it = v2.begin();
//这样改变的是迭代器类型，得换的是一个类
vector::const_iterator it = v2.begin();
while(it != v2.end())
{cout<< *it;
++it;
}
cout<< endl;
} 在迭代器成员函数中还有rbegin，rend。它们使用和begin、end一样，只是返回迭代器指向位置反了过来。
vector作为动态数组，也有着当前有效数据个数（size）和当前总容量(capacity)。
size相关的成员函数:
//返回当前有效数据个数
size_type size() const;
//重新设置当前有效数据个数
void resize(size_type n, value_type val = value_type());capacity相关的成员函数:
//返回当前总容量大小
size_type capacity() const;
//重新设置总容量大小 不缩容只扩容
void reserve(size_type n);随机访问与其它:
//[]是运算符重载，返回值是单个数据
reference operator[](size_type n);
const_reference operator[](size_type n) const;
//at和[]结果一样，只不过是函数，不怎么用
reference at (size_type n);
const_reference at (size_type n) const;
//返回首元素
reference front();
const_reference front() const;
//返回末尾元素
reference back();
const_reference back() const;void vector_test4()
{vectorv1(1, 5);
cout<< v1.size()<< endl;
cout<< v1.front()<< endl;
//扩大size，补4
v1.resize(11, 4);
cout<< v1.back()<< endl;
for (int i = 0; i< v1.size(); ++i)
{cout<< v1[i];
}
cout<< endl;
//缩小size, 截断
v1.resize(6);
for (int i = 0; i< v1.size(); ++i)
{cout<< v1.at(i);
}
cout<< endl;
//不缩容只扩容
v1.reserve(10);
cout<< v1.capacity()<< endl;//11
v1.reserve(12);
cout<< v1.capacity()<< endl;//12
} 
注意:vector的插入和删除，一定要注意返回的迭代器，在进行插入删除后，最好对迭代器指向的位置进行更新，不然可能会引起迭代器失效问题。
//尾插
void push_back (const value_type& val);
//尾删
void pop_back();
//指定位置插入删除
//指向位置pos插入val, 返回插入新元素的位置
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
//指定位置删除，返回下一个位置
iterator erase (iterator position);
//指定范围插入删除
//指定位置，范围插入。
templatevoid insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
//指定范围删除，返回删除范围后一个位置
iterator erase (iterator first, iterator last);
//交换数据
void swap (vector& x);
//清空数据，容量不变
void clear(); 测试:
void vector_test5()
{//测试尾插尾删
vectorv1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.pop_back();
//测试指定位置插入删除
vector::iterator it = v1.begin();
it = v1.insert(it, 0);
it = v1.erase(it);
for (int i = 0; i< v1.size(); ++i)
{cout<< v1[i];
}
cout<< endl;
//测试指定范围插入删除
vectorv2(10, 1);
it = v1.begin();
v1.insert(it, v2.begin(), v2.end());
it = v1.erase(v1.begin(), v1.begin() + 3);
//其它
v1.swap(v2);
for (int i = 0; i< v1.size(); ++i)
{cout<< v1[i];
}
cout<< endl;
v2.clear();
cout<< v2.size()<< endl;
cout<< v2.capacity()<< endl;
} 使用完~
2、vector的模拟实现因为SGI版STL可读性比较好，模拟实现以它为参考。
由于vector的模拟实现简单易懂，这里只说部分重要的。
2.1 vector的迭代器
由于vector是一个连续的线性空间，所以原生指针可以作为vector的迭代器且满足所有必要条件。（但vs中vector的迭代器底层不是这样的）
templateclass vector
{public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
...
} 所以
vector::iterator it; it就是int*.
2.2 vector的结构构建vector是一个线性连续空间。在SGI底层，用三个迭代器start、finish、end_of_storage分别指向空间来标识范围。
templateclass vector
{public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
...
private:
iterator _start; //表示已使用用空间的头
iterator _finish; //表示已使用空间的尾
iterator _end_of_storage; //表示目前可用空间的尾
} 通过这三个迭代器，可以很轻松的联系上以下功能
templateclass vector
{public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{return _start;
}
const_iterator begin() const
{return _start;
}
iterator end()
{return _finish;
}
const_iterator end() const
{return _finish;
}
size_t size() const
{return end()-begin();
}
size_t capacity() const
{return _end_of_storage - begin();
}
bool empty() const
{return end() == begin();
}
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; //表示已使用用空间的头
iterator _finish; //表示已使用空间的尾
iterator _end_of_storage; //表示目前可用空间的尾
} 
vector构造有三种：
vector();
vector(size_t n, const T& val = T());
templatevector(InputIterator first, InputIterator last); 值得注意的是:第二个构造在调用时可能是vector v(10,1);这样的，由于10和1的类型一样，可能会导致调用第三个构造造成寻址错误，所以下面通过函数重载避免其出现。
#include#include
using namespace std;
namespace test
{templateclass vector
{public:
...
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{}
//构造
vector(size_t n, const T& val = T()) //默认0
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{ size_t i = 0;
for (i = 0; i< n; ++i)
{ push_back(val);
}
}
//重载解决类似vectorv(10, 1);这样引发的寻址错误
vector(int n, const T& val = T()) //默认0
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{ int i = 0;
for (i = 0; i< n; ++i)
{ push_back(val);
}
}
templatevector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{ while (first != last)
{ push_back(*first);
++first;
}
}
...
...
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
} vector的拷贝构造，可以多进行函数复用，来精简代码。
//拷贝构造 写法一
//vector(const vector& v)
// :_start(nullptr)
// , _finish(nullptr)
// , _end_of_storage(nullptr)
//{// reserve(v.capacity());
// for (const auto& e : v) //注意要加& 不然T可能是自定义类型
// {// push_back(e);
// }
//}
//函数复用 写法二
vector(const vector& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{ vectortmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}
//利用v拷贝构造的临时对象进行交换
vector& operator=(vectorv)
{ swap(v);
return *this;
}
//调用官方std中的浅拷贝
void swap(vector& v)
{ std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
插入中的迭代器需要注意，扩容可能会导致原本空间被释放，需要迭代器重新指向新空间。
reserve实现有两个注意点：
1. 因为扩容是会开辟新空间，归还旧空间的，所以指向原来旧空间的指针也需要更新。
2. 在拷贝旧空间数据的时候，需要深拷贝，不然自定义类型数据浅拷贝会出现析构错误。
void reserve(size_t n)
{if (n >capacity())
{ //使用oldsize 记录旧空间size大小
size_t oldSize = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{ //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize); 拷贝的是内置数据 对于自定义类型是浅拷贝
for (size_t i = 0; i< oldSize; ++i)
{tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}insert实现要注意迭代器失效问题，迭代器pos在扩容以后与原来start的相对距离是固定的，但是指向的位置是原来旧空间的位置，在扩容后需要更新。
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{assert(pos >= _start);
assert(pos< _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{ // 迭代器失效
// 扩容导致迭代器失效
size_t oldPos = pos - _start;
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
pos = _start + oldPos; //但形参不改变实参
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{ *(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{assert(pos >= _start);
assert(pos< _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin< _finish)
{ *(begin - 1) = *(begin);
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}最后在vector中，insert或者erase后，一定要注意迭代器的位置，如果在插入或删除后需要使用迭代器，一定要让迭代器接收返回值，不然会出现迭代器失效。
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