【C++】简单学——vector类（模拟实现）

模拟实现的准备工作

看源码，了解这个类的大概组成

1.先看成员变量

成员变量的组成是三个迭代器

问：这个iterator内嵌类型究竟是什么？即这个迭代器是什么 

迭代器实际就是T*

问：这三个迭代器代表什么意思？

连蒙带猜：元素的开始，元素的结束，容量的结束

不过因为只是猜测，所以还是需要去自己试验一下的

2.看构造函数

要看对象要怎么初始化

无参的时候是全部迭代器初始化成空 

3.看pushback（增加数据）

如果经验丰富的话，就可以知道这个是尾插

问：这个construct是什么意思？

内部其实就是一个定位new

定位new是对已有的空间进行初始化

construct是在finish的位置那里进行尾插，然后finish++

STL的空间都是从空间配置器（内存池）来的，内存池只负责开辟空间，没有初始化，如果说要对已有的空间进行初始化，就要用定位new

问：insert_aux（end(),x）又是什么意思？

如果说finish==end_of_storage，就扩容，可以从这里看出来，vs的扩容是2倍扩容

总结

由上面的信息可以得出下面的图和信息

size就是finish-start

capacity就是end_of_storage-start

开始尝试能不能实现

因为我们是模拟实现，所以会有很多没有考虑到的地方，所以如果我们要写一些方法，强烈推荐写一个画一个图，这样还可以来查漏补缺，看看那些隐藏的bug

模拟实现的意义

1、让我们更加理解底层，能够更好地使用

2、可以跟那些大佬学习他们是怎么实现的（尽管因为大佬在搞的时候会因为考虑全局方面而被迫搞得很复杂，但是仍然有参考意义）

尝试把刚刚前面了解的东西写一下

问：既然我们都已经写了缺省参数，并且我们也没有必要搞有参构造函数，那能不能把那个无参拷贝构造给删掉

答：如果说之后写了拷贝构造，编译器就不会生成默认构造函数，就会导致当你不传参构造对象的时候没有默认构造函数可以调用

析构函数

为了方便测试，所以先写一个pushback尝试跑通一下

对于类模板，函数如果要用到模板，就要特别小心了

除了考虑各种值，还要考虑各种值是否合适

例如：假如这个地方push _back的是一个string或者是vector等等，就会导致消耗很大；如果加了引用，还要小心这个传入的值在里面被修改了

（解决办法：加引用，加const）

push_back的逻辑：

1.先判断够不够容量

如果要扩容，就记录一下新开的空间要多大，至于size和capacity怎么算，我们就顺便把size和capacity给实现了吧

扩容逻辑：根据原本的容量进行二倍扩容，然后把原有的数据拷贝下来，然后原本的start指向的空间就销毁，然后让start指向新的空间，把那些新的成员变量都更新一遍

插入逻辑：在finish的位置的值设置为val，然后finish++往后移一格

问：如果说vector实现了析构函数，tmp开辟了空间，tmp的生命周期结束的时候难道不会把开辟的那个空间给delete掉吗？

答：我们必须得区分好，只有对象才会在销毁的时候自动调用析构函数，对象是包括了_start、_finish、_endofstorage的对象，而我们现在的开辟空间只不过是利用一个T的指针去在堆里面开辟空间，并不是对象，不会自动销毁堆的空间

为了方便测试，我们就做一个遍历吧，为了遍历方便，顺便做一个operator[ ]

(记得包assert的头文件)

测试用例：

但是结果出问题了

调试之后，发现finish在进行更新的时候出了问题

问：为什么这个地方的_finish变成了空指针

答：直到_start更新都是没问题的，但是这个地方的finish = tmp + size();而size是等于finish - start；

也就是说，此时的start已经更新了，而finish还没有更新，所以size = （旧的）finish - (新的)start

所以公式就变成了这样：(新的)finish = （新的）start + （旧的）finish - （新的）start = (旧的)finish

因为旧空间在前面就已经被销毁了，所以新的finish仍然指向这个被销毁的空间，所以_finish就变成了空指针

解决办法：提前记录size（记录start和finish的相对位置）

 size和capacity

迭代器

测试用例：对比三种

const的也要实现

晚点把size和capacity也实现const

为了方便我们进行测试，我们直接把刚刚遍历的内容搞成一个print函数来调用吧

当然，也可以实现成模板

但是这里有一个潜藏的问题：因为这个print用了auto所以才避免了

报错的原因：

语法上有冲突，编译器不认识这个const_iterator是什么东西

因为这个函数是函数模板，所以里面的一切模板都是没有实例化的（实例化是在后面调用的时候）

编译器是不敢去没有实例化的模板里面去取东西的

编译器会根据这种（通过指定类域的方式来取数据）情况有两种猜测：

1. 这是一个内嵌类型（typedef定义的类型，内部类等等在类里面定义的类型）
2. 这是一个类里面的静态变量，如果说是静态变量，那后面肯定就是要去跟分号（ ；）的了

为了解决这个问题，编译器规定这种情况要在前面加上typename

pop_back和empty

尾删直接让finish往前移动一格就好，为了防止一直往后删，所以要写一个判断为空的方法

insert

我们就实现第一个就好

插入之前先检查空间够不够（顺便把reserve给实现了）

然后把数据插入到pos位置

把前一个数据挪到后一个数据处，直到把pos位置的数据给挪走

问：string的时候，pos是size_t，导致头插的时候，判断条件让size_t it 永远不会比pos小而死循环，为什么现在不会有这个问题了？

答：我们现在的pos是迭代器，而地址永远都不会为0(地址本质上是每个内存单位的编号，最小的指针就是空指针)，所以不存在string的那种问题

出问题了

这个地方我们选择不断头插11.11

当超过4个值，要进行扩容的时候就出错了

调试后发现，pos的位置不对劲，我们原本是打算pos指向头元素的，但是扩容之后，原来的那个空间被销毁了，但是pos还是在旧空间上（迭代器失效）

问：为什么会出现-6.2777等的数字？

答：因为pos没有更新，所以当进行it>=pos的时候，此时的pos是0x0163f068，it是0x01635250，此时的pos要比it大，所以就不会进到循环判断中，也就是啥都没做，但是finish却凭空++了，然后就会看到尾部多了一个非法的数据；（这种情况是因为迭代器失效导致的，所以正常情况下不扩容是看不到这个错误的）

解决办法：提前记录pos和start的相对位置

reserve

直接把前面push_ back时临时搞的扩容直接拷贝过来就好

最终实现

push别忘了改回去

erase

依次把pos+1的位置往前覆盖，直到pos+1到了结尾

由此可以复用pop_back

resize

根据库里面实现的resize，我们可以得到以下的函数

const T& val = T()是一个调用了默认构造的无参的匿名对象

好处：可以根据不同的类型来给初始值（因为string和其他更多类型不能简单的用0来初始化，就可以用匿名对象来进行初始化）

问：如果说是vector<int>，int是内置类型，没有默认构造怎么办？

因为模板出来之后，为了解决这个问题，祖师爷让内置类型也有了默认构造(被迫升级)，就是为了应对这个地方

整形就是0（char也是0，只不过在ascll中就是'\0'），浮点数就是0.0，指针就是空指针；

resize的逻辑：无非就是插入和删除的问题

因为我们reserve有做元素个数和容量大小的检查，所以这个地方我们可以直接分成两种情况（而不是三种情况）

插入：n比size大（无所谓capacity），我不管三七二十一，反正我就先扩容，反正实际扩不扩容还是得看reserve

删除：n比size小

总结就是以下

拷贝构造

因为编译器自动生成的拷贝构造走的是浅拷贝，所以当他们指向同一块空间时，在销毁时就会析构两次，就会报错，所以我们需要自己实现拷贝构造

（销毁的时候直接崩掉）

另一种拷贝构造的方法

push_back后会自己开空间和初始化，利用这个原理

（此处是this.push_back，不要疑惑）

可以利用把v1的值一次头插给v2来实现拷贝构造

但是这个拷贝构造还是不够好，还可以优化

（如果是string的话，范围for的时候会有很大消耗，所以说用引用；如果说要拷贝1000个数据，可以提前开空间）

赋值拷贝

现代写法

为了实现我们的现代写法赋值拷贝，我们提前搞一个swap来实现

但是还是报错了

我们这个swap期望是去调用库里面的，但是因为编译器在查找的时候会就近原则，他就会以为是递归那种自己调用自己，调自己的话就是一个参数，所以才报错说不接受两个参数

解决办法：

加上类域指定

构造（补充）

用迭代器构造

科普：如果说类的模板参数不够用，我还可以自己给自己加模板参数

可以利用其它对象的迭代器来初始化

调用的例子：

那我这样调用呢？想要从指向第二个迭代器和倒数第二个迭代器来进行初始化

会出问题：
begin和end是传值返回，所以是临时拷贝；不能加引用，防止会修改自己那个底层的成员

++和--的特点就是会去修改自身，所以编译器因为没办法修改临时拷贝而报错

解决办法：不改变就好了

也可以这样调用

迭代器构造写成模板的原因就是为了支持前面的写法

n个值的构造

但是会出错

原本希望调用n个值的构造，结果却调用到了迭代器构造；

划红圈的位置是报错的位置

找bug技巧：编译错误如果实在不好看，我们可以利用排除法（屏蔽掉部分代码进行确认）

当屏蔽迭代器构造函数之后，可以发现，我们的n个值的构造函数是没有问题的

但是一旦两个同时出现的时候就会报错

以下的问题跟模板有关：

如果说10不用某些标识符来区分的话，默认就是int类型而不知sizt_t

此时第一个调用，10跟size_t  n不是特别匹配，但也能用；但是调用那个迭代器构造就非常合适了，所以这个构造就会调用迭代器的构造

在这个函数里面，*first的时候相当于(*10)，想把地址编号为10的值进行尾插，所以就会报错说非法的间接寻址

第二个调用和第三个调用都是n个值构造比较适配，所以就不会出问题

解决办法：

库里面的解决办法是写一个重载，让特殊情况方便调用

{}构造（initializer_list）（C++11）

这部分内容只是提前看一下

原理：灵感来源于初始化数组

花括号类型：initializer_list<class>类

只有这几个成员方法

本质：这个类里面有两个指针，而{1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}就是一个常量数组，在常量区开了一个空间，一个指针指向这个常量数组的开始lbegin，一个指向结束end 

通过sizeof计算这个花括号常量数组大小，得出来的大小是8byte（两个指针）也可以来证明这一点

有点像是vector，但是数据是在常量区，不能动态扩容       

所以下面的代码其实就是在用initializer_list对象来初始化vector（隐式类型转换）

所以说如果要实现用大括号来进行构造的话，就要有一个单参数构造函数，且 参数为initializer_list

initializer_list单参数构造函数

有迭代器就可以范围for

具体使用：

特殊bug

复杂vector情况

这样子会挂，关键在于开空间

通过检查，发现是析构的时候崩了

memcpy导致string浅拷贝了（所有的嵌套开辟空间的类型都会有这个问题）

当需要扩容的时候，会把原本的空间给delete[]，同时也会调用每个string的析构函数，尽管mencpy对于vector是深拷贝，但是对于string仍然是浅拷贝，还是析构两次的问题

所以说必须要实现这样

问：解决方案可以是用swap吗？

不可以，因为不知道T是什么，所以也不知道T有没有swap，万一没有，调用了库里的浅拷贝一样完蛋

解决方案：不用mencpy了，直接for循环把原本空间的元素一个个赋值到新空间里

迭代器失效

情况1

这里的insert插入之后，导致扩容，然后原本的空间就失效了，it还是指向原本的空间，所以这个就是迭代器失效

问：之前我在解决这个东西的时候，不是遇到了这个问题，然后更新了pos吗？为什么还会失效？

因为形参是实参的拷贝，形参的修改不影响实参，it在外面不变

问：那为了解决这个问题，我传引用不就好了？

也不行，因为会导致以下的传参方式不行

begin是传值返回，具有常性，普通引用不能引用具有常性的值

解决办法：失效之后就不要再使用了，如果还想要找刚刚那个位置，那就自己找，自己去重新更新这个迭代器

情况2

erase的时候，会把后面的值覆盖前面的值，相当于把整体往后移了，相对的，自己就++了，所以会多移动一次

第一个对了是巧合

当最后一个数据是偶数就会出大问题（错过了判断条件）

就会让it一直往后越界，直到访问到没有开辟的空间就会崩了

问：那如果我选择删除的时候不动不就好了？

也不可以

1. STL不强制要求具体实现，其他的vector具体的实现有可能缩容，缩容就意味着delete原空间之后开新空间，然后迭代器就失效了
2. 因为vs规定，只要你前面进行了erase的话，后面就没办法用之前的迭代器了（因为vs用的不是原生指针，内部会有特殊处理和检查）

在erase之后，it就不能再用了，除非你新搞一个出来

解决办法：

既然有了这个问题，那么库里面自然会给出解决办法

会返回删除位置的下一个位置的迭代器

修改方案：

我们自己的erase也要修改

总结：只要进行了插入删除就要默认前面的迭代器已经失效了，因为STL没有规定具体实现，也就不知道什么时候会扩容然后换新空间