vector的深度剖析及模拟实现
【摘要】 一、vector的深度剖析及模拟实现 💦 std::vector的核心框架接口的模拟实现注意我们模拟实现不是把源码中的内容都搬下来，搞一个一模一样的东西，也不是造一个更好的轮子。模拟实现的目的是为了学习源码中的一些细节及核心框架。💨 vector.h#pragma oncenamespace bit{ template<class T> class vector { public: ...
一、vector的深度剖析及模拟实现
💦 std::vector的核心框架接口的模拟实现
注意我们模拟实现不是把源码中的内容都搬下来，搞一个一模一样的东西，也不是造一个更好的轮子。模拟实现的目的是为了学习源码中的一些细节及核心框架。
💨 vector.h
#pragma once
namespace bit
{
template<class T>
class 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;
}
vector()
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{}
//类模板的成员函数还可以再定义模板参数,这样写的好处是first/last可以是list等其它容器的迭代器,只要它解引用后的类型与T匹配
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
//reserve(?)这个构造函数里传的是一段迭代器区间,只有对象才知道你有多少个容量
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
//v2(v1)
//1、传统写法
/*vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
}*/
//2、传统写法————复用当前的一些接口,本质还是自己开空间,这里相对于现代写法更推荐第二种传统写法,因为它这里提前把空间开好了,并利用
/*vector(const vector<T>& v)
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());//一次性开好空间
for(const auto& e : v)//引用的作用是为了防止T是string等
{
push_back(e);
}
}*/
//3、现代写法,sring那我们是取_str来构造一个临时对象再交换,但是这里怎么取所有的数据来构造并交换呢,没有法子
//这里有个法子：vector的构造函数里还提供了一个显示的迭代器(它可以传其它容器或原生指针做迭代器,但是原生指针必须要求指向的空间是连续的)
//所以这里还需要构造一个函数,这里的现代写法对比上面的传统写法并没有讨到便宜()
vector(const vector<T>& v)
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
//现代写法里提前开空间没有意义,因为现代写法的空间是tmp去搞的,tmp没办法自己开,因为它不知道有多少个数据,那有人说用last－first,不敢减,因为比如list是不支持减的,它不是一段连续的空间
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//v1 = v4;
//1、传统写法————不推荐(如果你能掌握现代写法,任何容器的深拷贝都推荐现代写法,尤其是赋值操作)
/*vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if(this != &v)
{
delete[]_start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
reserve(v.capacity());
for(const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}*/
//2、现代写法,v就是去深拷贝的v4
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
//v是v1想要的,所以v1和v交换
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
void reserve(size_t n)
{
if(n > capacity())
{
//备份一份
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if(_start)
{
//对于string,memcpy会引发更深层次的浅拷贝问题,具体如下说明
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
for(size_t i = 0; i < size(); ++i)
{
//如果T是string,它会调用string的operator=完成深拷贝
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
//_finish = _start + size();err,size去计算时,_finish还是旧空间的_finish,而_start却是新空间的_start了,所以_finish-_start就是一个负值,再加_start就是0
_endofstorage = _start + n;
}
}
//如果没有给值,就用默认值,如果T是int,那就是int的匿名对象。T是string,那就是stirng的匿名对象。它会调用对应的默认构造函数————int是0,double是0.0,指针就是空指针
//所以一般写一个类型,一定要提供一个不用参数就可以调的函数
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if(n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if(n > capacity())
{
reserve(n);
}
while(_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
/*if(_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
//这里不用像源码中一样使用定位new,因为使用定位new的原因是finish指向的空间没有初始化,所以使用定位new把对象构造上去。但是我们这里的对象是new出来的,所以这里直接赋值即可
*_finish = x;
++_finish;*/
insert(end(), x);
}
void pop_back()
{
/*
//一般情况下--finish就行了,但是特殊情况vector为空时就不好
//所以一般需要assert
assert(!empty());
--_finish;*/
erase(--end());
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//可以=_finish,因为它相当于尾插
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if(_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
//reserve里会更新那三个成员变量,insert返回新插入的那个元素的地址,所以这里的pos需要先备份一下旧空间里与_start之间的长度,然后再在新空间里重新赋值
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while(end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while(it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
void print(const vector<int>& v)//const版本的迭代器和operator[]
{
vector<int>::const_iterator it = v.begin();
while(it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector1()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
print(v);
}
void test_vector2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.resize(2);
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.resize(4);
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.resize(10, 5);
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector3()
{
//放string
vector<string> v;
string s("hello");
v.push_back(s);
v.push_back(string("hello"));
v.push_back("hello");
v.push_back("hello");
v.push_back("hello");
v.push_back("hello");
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector4()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
if(pos != v.end())
{
pos = v.insert(pos, 20);
}
cout << *pos << endl;
*pos = 100;
++pos;
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector5()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
if(pos != v.end())
{
v.erase(pos);
}
//在VS下这段代码是会崩溃的,但是我们很难做到的,但是在Linux下没有崩,所以这块我们就按Linux下实现
cout << *pos << endl;
*pos = 100;
}
void test_vector6()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//删除v中所有偶数
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it != v.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector7()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
vector<int> v2(v1);
for(auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//为什么现代写法里的构造函数的实现还需要再定义模板,而不使用T*或iterator
//因为如果是T*的话就写死了,你是其它容器的迭代器就不行了
string s("abcde");
vector<int> v3(v1.begin(), v1.end());
vector<int> v4(s.begin(), s.end());
//赋值
v1 = v4;
for(auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
}
💨 vector.cpp
//库里的string是一个typedef的类模板,当时在模拟的时候简化了
//这里的vector我们就实现成类模板了,在模板初阶里我们提过函数/类模板不支持把声明写到.h,定义写到.cpp的方式，会报链接错误,所以这里我们就不写vector.cpp了
💨 test.cpp
#include<memory.h>
#include<assert.h>
#include<algorithm>
#include<string>
#include<iostream>
using namespace std;
#include "vector.h"//编译器不会去编译头文件vector.h,所以vector.h里所需要的头文件都在此行之前展开就行
//以下是比较常见的错误,编译器编译的原理是头文件展开,展开后,又有一个原则,我用一个东西只会向上去查找,也就是说vector.h里用了cout,它会向上去查找定义,cout是一个全局的对象ostream,唉!那没问题呀,这就是我们之前说的编译器找的时候它只会在全局域里去找,它不会到类域、命名空间里去找,而库里的东西都在std这个域里,而此时我的std是在vector.h之后展开的,所以找不到。
//解决方法就是顺序问题————参照上面写的,或是直接指定类域
//#include<iostream>
//#include "vector.h"
//using namespace std;
int main()
{
bit::test_vector1();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector2();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector3();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector4();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector5();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector6();
cout << "-----------------------cut-----------------------" << endl;
bit::test_vector7();
return 0;
}
📝补充
所有的容器我们都不推荐使用传统写法，尤其是后面要学的知识，现在的结构还比较简单，是数组(开好空间，memcpy就都过去了)。后面学到 list、map、树形结构等，就深拷贝时，要把数据拷贝就不是这么简单了。
💦 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 ❓
vector<string> v;
string s("hello");
//第一次push,开了4块空间
v.push_back(s);
v.push_back(string("hello"));
v.push_back("hello");
v.push_back("hello");
//再次增容
v.push_back("hello");
v.push_back("hello");
在模拟实现 vector 时，还有一个深层次的浅拷贝问题：如果是 int 是不会出现问题的，问题出在 string 上，详细见下图：
注意我们以前写的拷贝构造的传统写法，包括之前的 string 也面临这种问题。
💦 对bit::vector核心接口的测试
同上 test.cpp 文件
💦 动态二维数组理解
//以杨慧三角的前n行为例:假设n为5
void test5(size_t n)
{
//使用vector定义二维数组vv,vv中的每个元素都是vector<int>
bit::vector<bit::vector<int>> vv(n);
//将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
vv[i].resize(i + 1, 1);
//给杨慧三角中第一列和对角线的所有元素赋值
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
}
📝说明
bit::vector<bit::vector< int >> vv(n); 构造一个 vv 动态二维数组，vv 中总共有n 个元素，每个元素都是 vector 类型的，每行没有包含任何元素，如果 n 为 5 时如下所示：
vv 中元素填充完成之后，如下图所示：
使用标准库中 vector 构建动态二维数组时与上图实际是一致的。
【版权声明】本文为华为云社区用户原创内容，转载时必须标注文章的来源（华为云社区）、文章链接、文章作者等基本信息， 否则作者和本社区有权追究责任。如果您发现本社区中有涉嫌抄袭的内容，欢迎发送邮件进行举报，并提供相关证据，一经查实，本社区将立刻删除涉嫌侵权内容，举报邮箱：
cloudbbs@huaweicloud.com
- 点赞
- 收藏
- 关注作者
评论（0）