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vector的增删改查模拟实现(简单版)【C++】

news 2025/8/2 15:20:26

目录

前言：

1. vector的私有成员

2. 构造函数和析构函数

3. vector遍历

3.1 push_back

3.2 下标访问、迭代器、范围for 遍历

3.2.1 下标访问

3.2.2 迭代器

3.2.3 范围for 

3.2.4 print_vector

3.3 测试遍历

4. vector的增删改查

4.1 reserve

4.2 resize

4.3 insert

4.4 erase

4.5 push_back 现代写法

4.6 pop_back

5. 拷贝构造

6. swap

7. operator=

8. 迭代器区间构造

9. 迭代器失效

9.1 关于 insert 迭代器失效

9.2 关于erase迭代器失效 

10. 源码

前言：

模拟实现vector是为了更好地掌握vector的使用。

std::vector是C++ 标准模板库（STL）中的动态数组容器。

准备工作：

首先在自己创建的my_vector的命名空间中创建一个头文件vector.h,再定义一个vector类，同时创建一个test.cpp文件来调用测试。

1. vector的私有成员

vector的私有成员 和 string的私有成员不一样，vector主要使用的是迭代器iterator的类型。

#include<iostream>
#include<assert.h>using namespace std;
namespace my_vector
{template <class T>class vector {public:typedef T* iterator;//定义了一个名为 iterator 的类型别名，实际是 T*private:iterator _start = nullptr;    //指向动态数组的起始地址（即第一个元素的位置）iterator _finish = nullptr;   //指向当前最后一个有效元素的下一个位置（相当于size()的终点）iterator _endofstorage = nullptr;    //指向整个存储空间的末尾（即容量 capacity() 的终点）};}
template <class T>
class vector

这是一个类模板，允许用户指定任意类型T（例如 int、string等）来创建不同类型的vector，例如：vector<int>、vector<string>等。

2. 构造函数和析构函数

		//constructorvector(){}//destructor~vector() {delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}

3. vector遍历

3.1 push_back

在实现遍历之前，首先保证vector里面有元素，所以先实现一个尾插元素。

传统写法：

先判断是否需要库容，之后再插入元素。扩容的时候，先开辟新空间，再拷贝数据，释放旧空间，指向新空间，修改指针，最后添加数据。

在实现push_back之前要先实现 size() 和 capacity 分别来获取 数据个数和总容量。

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

注意在修改_finish的时候不能单纯的加size(),因为size()是_finish 与 _start两个指针相减的结果，而此时_finish还没有更新仍指向旧空间。

		void push_back(const T& val) {//先判断是否要扩容if (_finish == _endofstorage) {size_t old_size = size();//扩容size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();T* tmp = new T[newcapacity];//拷贝数据memcpy(tmp,_start,sizeof(T)*size());//释放就空间delete[] _start;//修改指针_start = tmp;//注意//_finish = tmp + size(); //error _finish = tmp + old_size;_endofstorage = tmp + newcapacity;}//填充数据//_start[size()] = val;*_finish = val;++_finish;}

解决方法：在扩容前，记录好size()

3.2 下标访问、迭代器、范围for 遍历

3.2.1 下标访问

先判断位置是否合法，再访问数据。注意要重载出 非const和const的。

		//允许修改元素T& operator[](size_t pos) {//先判断访问位置是否合法assert(pos < size());//返回数据return _start[pos];}//仅访问元素const T& operator[](size_t pos) const{//先判断访问位置是否合法assert(pos < size());//返回数据return _start[pos];}
3.2.2 迭代器

迭代器同样分为const和非const的。

		typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin() {return _start;}iterator end() {return _finish;}const_iterator begin() const {return _start;}const_iterator end() const {return _finish;}
3.2.3 范围for 

范围for是iterator的替换。

		//范围forfor (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
3.2.4 print_vector

 这里实现一个函数，直接来打印vector。

范围for实现：

	template<typename T>void print_vector(const vector<T>& v) {for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;}

注意： 

如果想用迭代器实现的时候注意：

 编译器编译的时候，语法检查，确保模板实例化，一个类里面的内嵌类型或者内部类，vector<T>没有示例化，无法去找，就区分不出是类型还是静态成员遍历。

解决方法加上typename 告诉编译器是一个类型。

 

3.3 测试遍历

	template<typename T>void print_vector(const vector<T>& v) {//vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //errortypename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //truewhile (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}//遍历void test_vector1() {vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);for (size_t i = 0; i < v.size();i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;vector<int>::iterator it = v.begin();//auto it = v.begin();	//这样写更方便while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << '\n';//范围forfor (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}

4. vector的增删改查

4.1 reserve

reserve用于预分配内存空间，避免频繁的动态内存分配。

  • 如果 n > capacity() 就进行扩容
  • 如果 n <= capacity() 什么都不做

根据标准库：

注意提前保存好size()。

		void reserve(size_t n) {if (n > capacity()) {//扩容时注意提前保存好size()size_t old_size = size();//开新空间,扩容T* tmp = new T[n];//拷贝数据memcpy(tmp,_statr,sizeof(T)*size());//释放旧空间delete[] _start;//修改指针_start = tmp;//_finish = tmp + size(); //error ,因为 _finsih仍指向旧空间_finish = tmp + old_size;_endofstorage = tmp + n;}}

但是仍有问题：

如果T是string的时候就有问题，如图

我们发现 memcpy 是按照字节拷贝

memcpy 是按字节复制数据的，它执行的是浅拷贝。对于简单的数据类型（如 int、double），这没有问题。但对于包含动态分配内存的复杂类型（如 string），memcpy 会复制 string 对象的字节，包括其内部的指针（如 string 的 char* 指针），而不会复制指针指向的实际数据。

 虽然_start指向的数据是深拷贝，但是_str指向的数据是浅拷贝

解决方法：使用拷贝构造函数来移动实际的数据。

		void reserve(size_t n) {if (n > capacity()) {//扩容时注意提前保存好size()size_t old_size = size();//开新空间,扩容T* tmp = new T[n];//拷贝数据//memcpy(tmp,_start,sizeof(T)*size());	//error,vector<string> 存在隐藏的浅拷贝问题//for (size_t i = 0; i < size();i++){tmp[i] = _start[i];}//释放旧空间delete[] _start;//修改指针_start = tmp;//_finish = tmp + size(); //error ,因为 _finsih仍指向旧空间_finish = tmp + old_size;_endofstorage = tmp + n;}}

4.2 resize

resize 可以直接调整 vector 的有效元素数量（size()），并可以指定新增元素的默认值。

参考标准库里面的resize

如果 n > size()就扩容并插入数据，否则就删除数据。

这里缺省参数使用匿名函数的原因：

无参的匿名函数，会去调对应的默认构造函数来初始化，因为这样可以给到合适缺省值。 

测试：

4.3 insert

在pos位置进行插入值value，首先判断插入位置是否合法，插入数据前要判断是否需要扩容，之后再移动数据，最后把数据插入。

		//pos位置进行插入void insert(iterator pos, const T& value) {//判断插入位置是否合法assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//数据插入前，先判断是否需要库容if (_finish == _endofstorage) {reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2*capacity());}//移动数据iterator it = _finish - 1;while (it >= pos)	//注意这个时候的pos指向的仍是就空间{*(it + 1) = *it;--it;}//插入数据*pos = value;++_finish;}

但是发现一下问题：

 插入多个数据出现了问题，在调试插入元素的时候发现

这里我们发现it的地址编号 比pos的地址编号小，这样就无法进入while循环来移动元素了。

原因：迭代器失效

在判断空间是否需要进行扩容的时候，发生扩容，pos指向的旧空间被释放回收(可以理解为导致了野指针)。

解决方法：让其指向新空间的pos，提前判断是否扩容前，计算好相对的位置。

正确代码：

		//pos位置进行插入void insert(iterator pos, const T& value) {//判断插入位置是否合法assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//数据插入前，先判断是否需要库容if (_finish == _endofstorage) {size_t len = pos - _start;    //提前计算好相对的位置reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2*capacity());//更新pospos = _start + len;}//移动数据iterator it = _finish - 1;while (it >= pos)	//注意这个时候的pos指向的仍是就空间{*(it + 1) = *it;--it;}//插入数据*pos = value;++_finish;}

测试一下;

4.4 erase

参考一下标准库:

先检查删除位置是否合法，再进行移动元素来完成删除。

		void erase(iterator pos) {assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);//移动元素iterator it = pos+1;while(it < _finish) {*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;}

 移动元素如图：

测试：

4.5 push_back 现代写法

 通过复用其他函数的方式来实现。

		void push_back(const T& val) {//先判断是否要扩容if (_finish == _endofstorage) {reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2*capacity());}//填数据*_finish = val;++_finish;}

push_back 现代写法plus版：

		void push_back(const T& val) {insert(end(),val);}

4.6 pop_back

		bool empty() {return _start == _finish;}void pop_back(){//尾删//方式1//assert(!empty());//--_finish;//方式2erase(end()-1);}

测试：

5. 拷贝构造

当没有去手动实现去拷贝构造时

发现 这里对内置类型的拷贝构造仍然时浅拷贝，这里和string一样 都是浅拷贝问题，这里需要手动实现一个拷贝构造。

		//v2(v1)vector(const vector<T>& v) {reserve(v.capacity());	//避免频繁扩容for (auto& e : v)	//auto& 避免拷贝{push_back(e);}}

6. swap

 这里交换实现和string的类似，都是去调用标准库哦里面的swap去交换成员变量。

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

7. operator=

赋值操作符重载

将一个对象赋值给另一个对象，这里复用swap的写法。

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

8. 迭代器区间构造

		//迭代器区间构造template<class InputIterator>	//类模板里面还可以有函数模板vector(InputIterator first, InputIterator last) {//其他容器的迭代器都可以用while (first != last) {push_back(*first);++first;}}

 还需要注意：

		vector(size_t n,const T& val = T()) {reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++) {push_back(val);}}

 解决方法： 将size_t 改为int 这样就可以保证参数匹配了

9. 迭代器失效

9.1 关于 insert 迭代器失效

在前面的insert函数里面已经去解决迭代器失效，但是void insert(iterator pos, const T& value)，这里的pos参数是形参，形参的改变不影响实参。那给pos加上引用呢？也不可以，在函数调用传参的时候，传的是临时对象，临时对象又具有常性，那再加上const ，如果加上const ，那insert里面的就没有办法修改了。

it 使用insert以后，迭代器it就是失效了，所以就不要使用，重新更新迭代器it。

9.2 关于erase迭代器失效 

出现的问题：

在去写删除偶数的函数时，重复的偶数没有删除。

情况1:跳过了一些值

原因：erase的删除是通过元素移动来覆盖前面的元素

 情况2：错过了end()

 

解决方法： 

		auto it = v.begin();while (it != v.end()) {if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}else {it++;}}

但是仅仅这样写是解决不了VS环境下的vector的问题。还需要参考标准库。

这里的erase会返回被删除后面的那个元素。

		iterator erase(iterator pos) {assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);//移动元素iterator it = pos + 1;while(it < _finish) {*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}

迭代器失效以后，不要直接使用，如果要使用按规则重新更新后使用。

10. 源码

vector简单实现源码请猛戳这里

http://www.dtcms.com/a/308444.html

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