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C++ vector底层实现与迭代器失效问题

news 2025/8/3 9:21:49

目录

前言

一、vector 的框架

二、基础实现

1、无参的构造：

2、析构函数

 3、size

4、capacity

5、reserve扩容

 6、push_back

 7、迭代器

 8、 operator[ ] 

 9、pop_back

10、insert 以及 迭代器失效问题

11、erase 以及 迭代器失效问题

12、resize

13、 拷贝构造

14、赋值运算符重载

15、initializer_list 构造

16、迭代器区间初始化

 17、n个val 构造

前言

路漫漫其修远兮，吾将上下而求索；

一、vector 的框架

此处框架的实现，参考 sgi slt3.0 中vector 底层源码；

由于尚未学习空间配置器的相关知识，在模拟实现vector时暂时使用 new 进行替代（注：这种做法虽然不会产生实质性影响，但相比使用空间配置器，new在效率方面会稍逊一筹）。

namespace zjx
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};
}

我们可以将迭代器理解为像指针一样的东西，但其本质可能并不是指针；在 vector 、string 中，用指针实现，但是也不一定其迭代器就是指针(在有些平台下不是，eg. VS库、Linux 中实现)；可以利用 typeid 在VS中看一下vector 的迭代器类型，如下：

int main()
{std::vector<int> v;cout << typeid(std::vector<int>::iterator).name() << endl;return 0;
}

可见，在VS库中vector 的迭代器用一个自定义类型去封装了原始指针；

  • 注：在typeid() 中给一个对象或者类型，可通过 typeid 看其真实类型；

还需要注意的是，const迭代器并不是指在 iterator 的基础上前面加 const ,如下：

	const zjx::vector<int>::iterator it = v.begin();int* const it = v.begin();//const 修饰了指针本身

这两个const表达的含义相同。无论是在原始类型前还是typedef后的类型前添加const，只要是在类型前面添加 const ，修饰的都是迭代器本身。但需要注意的是，const迭代器的作用不是防止迭代器自身被修改，而是限制其所指向内容不可被修改。因此，针对 const迭代器需要专门定义一个新的类型，如下：

typedef const T* const_iterator;

修改后 vector的框架：

namespace zjx
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};
}

二、基础实现

1、无参的构造：

		vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}

2、析构函数

		~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}

 3、size

需要加上const 来修饰this指针，保证this 指针是否被const修饰均可以调用； 

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

4、capacity

需要加上const 来修饰this指针，保证this 指针是否被const修饰均可以调用； 

		size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}

5、reserve扩容

需要注意的是，不能直接使用realloc 进行扩容，必须用new 手动实现realloc异地扩容的逻辑；

这是因为：

  • 当 T 为内置类型的时候，reserve 使用realloc 、new 都是没有问题的；即使使用realloc 开辟空间 delete[] 释放空间也是不会报错的；
  • 当T 为自定义类型时，开辟的空间就需要调用该自定义类型的构造函数进行初始化（必须进行初始化，eg.T为string 时，如果不初始化，那么string里面的指针、_size、_capacity 均为随机值，没初始化就没有办法正常使用string）；同样地，当T为自定义类型，释放此块的空间不能使用free ,而是应该使用 delete[] ，这是因为内置类型可能会涉及资源，需要调用析构函数否则就会造成内存泄漏；

reserve代码：

		void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];//开辟新空间memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());//拷贝数据delete[] _start;//释放旧空间//因为size() 的是通过 _finish-_start 计算的来的_finish = tmp + size();//所以需要先更新_finish ，然后才是 _start_start = tmp;_end_of_storage = _start + n;}}

上述代码在处理变量 _start 和 _finish 的时候，必须先处理 _finish ，因为_finish = tmp + size(); 而 size() 通过 _finish - _start 计算得来的；如果先处理 _start 就会影响 size() 的计算；还有一种处理方式，提前通过变量保存扩容之前size() 的值，这样在处理变量的时候就不用顾及处理的先后顺序，更推荐使用这种方式；

reserve 参考代码：

		void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t oldSize = size();T* tmp = new T[n];memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + oldSize;_end_of_storage = _start + n;}}

实际上，此处实现的reserve 还存在一些小 bug , 如果想要快速了解，请跳转到 下文 "14、赋值运算符重载"；

 6、push_back

和 string 一样，vector 也没有提供push_front、pop_front ；因为对于vector 这种数组结构而言，头插、头删需要挪动数据，其效率很低 ， 提供头插、头删没有意义并且完全可以使用insert 、erase 来间接实现头插、头删，所以没有单独实现的必要；

push_back 的参考代码：

		void push_back(const T& x){//判断是否需要扩容if (size() + 1 > capacity()){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = x;++_finish;}

 7、迭代器

Q: 为什么会有迭代器这样的用法？

  • 1、下标 + [ ] 这种访问形式不能适用于所有容器；eg.list 
  • 2、迭代器是STL的六大组件之一；

借助迭代器可以实现算符与容器之间的解耦，用迭代器访问数据的方式在各个容器之中均是相通的；

7.1 begin

		iterator begin(){return _start;}const_iterator begin() const{return _start;//权限的缩小}

7.2 end

		iterator end(){return _finish;}const_iterator end()const{return _finish;//权限的缩小}

 8、 operator[ ] 

运算符重载的意义：可以通过运算符重载来控制整个运算符的行为；

普通版本的operator[ ]:

		T& operator[](size_t i){assert(i < size());return _start[i];}

const 版本的operator[ ]:

		const T& operator[](size_t i) const{assert(i < size());return _start[i];}

 9、pop_back

删除尾部的数据不能直接将尾部的空间直接释放掉，在C++中，开辟的空间不能局部释放，只能整体释放；所以pop_back 的实现: --_finish; 

		void pop_back(){assert(_finish > _start);//确保有数据可以删除--_finish;}

 10、insert 以及 迭代器失效问题

vector 的insert 并不像 string 中的insert 那样提供下标就可以插入，在vector 中使用insert 需要传迭代器；

insert 实现的思路：1、首先确保pos 合法； 2、判断空间是否足够，是否需要扩容； 3、挪动数据；4、插入数据； 5、维护成员变量；

insert 代码：

		void insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//判断是否需要扩容if (_finish + 1 > _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}//挪动数据iterator it = _finish -1 ;while (it >= pos){*(it + 1) = *it;--it;}*pos = x;//放入数据++_finish;//维护成员变量}

测试一下：

void test3()
{zjx::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.insert(v.begin(), 10);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

在实现string 的insert的时候，此处的形参pos 不是迭代器而是下标，其类型为size_t ；当pos 为0 的时候，即头插，如果指针end 等于 _size,那么只有当end<0 循环才能停止；而问题就是因为end 的类型为 size_t ，不会小于0而导致了死循环，即便将end 的类型改为 int , 由于pos 的类型为size_t ，在计算的时候发成隐式类型转换同样也会导致死循环；于是乎就有一种十分难受的解决方法：while(end >= (int) pos) .... 而在vector 之中，使用迭代器就没有像在string 中出现的问题，因为迭代器有可能是自定义类型(eg. list) 也有可能是指针，但不可能会有空指针的；

实际上此处还有一个坑：迭代器失效；

第一层的迭代器失效：

Q：什么是迭代器失效？

上述的测试没有出错，但是只需要稍微更改一下：

void test3()
{zjx::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//v.push_back(5);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.insert(v.begin(), 10);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

在这个例子之中，insert 第5个数据的时候挂掉了；

Q：为什么在insert 第5个数据的时候程序崩溃了？

  • 在第插入第5个数据的时候进行了扩容；

调试看一下：

扩容导致pos指向的地址错误；

因为reserve 中实现的扩容逻辑是异地扩容，将旧空间中的数据拷贝放入新空间中，然后释放旧空间，故而 导致 pos 指向的空间不属于当前数组的空间，pos 变为了野指针；

经典的迭代器失效问题：因为扩容而导致的迭代器失效；

为了解决这个问题，在扩容之后应该更新pos ，那么就需要在扩容之前记录所要插入位置的下标：

insert 修改代码如下：

		void insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);//判断是否需要扩容if (_finish + 1 > _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());pos = _start + len;//扩容之后更新pos}//挪动数据iterator it = _finish - 1;while (it >= pos){*(it + 1) =  *it;--it;}*pos = x;//放入数据++_finish;//维护成员变量}

此时再测试一下：

void test3()
{zjx::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//v.push_back(5);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.insert(v.begin(), 10);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

11、erase 以及 迭代器失效问题

erase 的实现逻辑：1、判断pos 是否合法；2、空间中有数据可以删；3、挪动数据；4、维护成员变量

erase代码：

		void erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);assert(_finish >= _start);//挪动数据iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;//维护成员变量}

测试一下：

void test2()
{zjx::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;//删除v.erase(v.begin() + 1);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

第二层迭代器失效：

我们先利用库中的vetcor 来演示迭代器失效，eg.有一堆数据，要求将这些数据中所有的偶数均删除掉：

void test5()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;//删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}++it;}for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

在Linux 下运行呢？

在Linux 中运行没有出现迭代器失效的问题，这是由于在不同的平台中实现的方式不同；

也正是由于不同的平台底层的实现上存在差异的，我们在写代码的时候并不能依靠这些差异，倘若依赖了这些差异就会导致写出来的代码不具有跨平台性；

Q：为什么这两个平台中出现了这么大的差异呢？

代码逻辑：

之所以在VS中会报错,因为VS中有严格的检查机制；而在Linux 中没有；

并没有判断 '3' 这个数据就去判断 “4‘ ,也就意味着如果该数组中全为偶数，即使在Linux 下能跑，但是不能删除所有的偶数：

Q：如果最后一个数据为偶数呢？

在Linux中如果最后一个数据为偶数，会发生越界访问；Linux 中的段错误就是越界访问；

显然，通过上述分析，我们在删除偶数的时候，it 指向的数据是偶数，删除之后 it 就不要再向前走；如果不是偶数， 则++it; 修改如下：

//删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){//分情况讨论if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}else{++it;}}

在Linux 中测试一下：

成功完成了任务！

在VS中呢？

程序还是崩溃的；这是因为在VS中对迭代器的检查非常严酷；

在VS中，insert、erase 之后，均认为其迭代器失效了；而在Linux 中，可以认为erase 之前的迭代器在erase 之后不会失效；

VS并不是单纯地使用了一个指针，而是用了一个复杂的类型(自定义类型)进行封装实现的，在该类中进行了标记，当erase、insert之后，便会认为该迭代器失效，将其标记更改；强制你不能使用该迭代器；

所以erase 之后，不同的平台实现存在差异，但是统一认为 , erase 之前的指针it 在erase 之后失效了：

  • 1、erase(it); 在g++ 下没有问题，但是在vs 中有问题；
  • 2、erase 还存在潜在的问题；

除了g++ 和 vs 这两个较为常见的C++的两个编译器的平台可能还有其他平台；例如：在军工中的项目，他们使用的编译器是他们自己经过改造过的编译器，也得认为erase 是失效的；并不知道我们所写的代码未来会在哪种平台上跑，而又要保证每个平台上运行都没有问题，就得统一认为erase 前的迭代器在erase 之后就失效了；在有些平台下不排除erase 还有一种实现：缩容；一般的erase 只挪动数据，但缩容的erase 并不会直接释放空间，因为内存申请释放的机制：整个申请整个释放，所以erase 缩容就需要另外开辟一个更小的空间，将旧空间中删除过后的数据放入新空间中，然后释放旧空间，所以erase 也不排除会有野指针的问题，只是我们当前看到的两个主流平的erase 并未进行缩容；

Q：那我们此时该如何修改？

  • 在库函数中erase 的返回值为iterator ；

erase返回 刚刚被删除的最后一个数据的下一个位置；

所以erase 的修改如下：

		iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);assert(_finish >= _start);//挪动数据iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;//维护成员变量return pos;}

这样实现的erase ，无论哪个平台怎样实现erase ，均可以更新迭代器以避免迭代器失效的问题；

删除逻辑的代码修改如下：

	//删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);}else{++it;}}

再次测试：

在VS下：

在Linux 下：

将erase 修改之后，两个平台均可以跑；

Q：是否还存在其他迭代器失效的情况？

void test4()
{zjx::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//v.push_back(5);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;int i = 0;cin >> i;auto it = v.begin() + i;v.insert(it, 10);for (const auto& e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

此处的结果看似运行正常，实际上还是存在迭代器失效的问题，当insert 结束之后我们去打印 it 中的值：

it 指向空间中的数据为随机值，这是因为 it 已经是一个野指针了，只不过是在使用的过程中编译器没有报错；

将it 传值传参给insert 的形参，insert 内部在扩容之后会去维护pos ，但是传值传参，修改形参并不会影响实参；此时你应该就有疑问了，既然传值传参形参的改变不会影响实参，那如果我们使用引用传参呢？insert 的内部维护 pos 的同时也维护了实参it ？可以这样做吗？不能，因为我们在传迭代器的时候有时会传左值(可修改)，也有可能会传右值(不可修改，常见的右值有常量、表达式...),而对于右值来说具有常性，不可被修改，也就是说不可以传引用传参；可能你还有疑问，既然对于右值不能被修改，形参能否使用const 引用呢？显然也是不可以的，最然这样做迎合了右值传参，但是对于左值呢？左值是需要修改的；正是因为逻辑的前后矛盾，所以insert 不可以传引用传参，并且库中的insert ，其形参也并未使用引用：

直接认为insert 之后，insert 前的迭代器均失效；

Q：要是没有扩容呢？

  • 使用insert 插入数据，其中是否扩容我们是不知道的，并且在不同平台下的扩容规则不同，所以此处我们默认不再使用insert 之前的迭代器；

迭代器失效，即在有些场景下是好的，但由于去做了一些动作，调用了一些接口(eg. insert、erase等)导致迭代器不能再用了；迭代器失效可能是野指针的失效，也有可能是一些强制检查的标记(eg.VS)，也有可能是缩容(本质也是野指针问题)；原则上，insert、erase 之前的迭代器在insert 、erase 之后要么更新之后再使用，要么就不使用；

12、resize

reserve 是扩容，但是一般不会缩容；

而resize：

  •  n > capacity ，扩容；
  •  size<n<capacity , 进行填充；
  • n<size , 删除数据；

其中的 value_type 本质上就是模板参数 T ，一般成员类型有两种，要么在类中经过了typedef，要么就是内部类； 

resize 的第二个参数为 T val = T();

为了兼容模板的泛型，内置类型也被迫升级了默认构造这个概念；所以无论T为内置类型还是自定义类型，T() 均会去构造对应的数据；若 T 为 int ，则T() 就是0 ， 若T为int* ，则T() 就是空指针……

resize 的常见用法：在创建vector 之后使用resize 开辟空间并进行初始化；

resize 的参考代码：

		void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n < size()){//删除数据_finish = _start + n;}else// n>=size(){reserve(n);//reserve会去判断是否需要扩容//填充数据while (_finish != _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}

测试一下：

void test3()
{zjx::vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;v1.resize(7, 10);v1.resize(20, 20);for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;v1.resize(5);for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test3();return 0;
}

13、 拷贝构造

需要注意的是库中拷贝构造中参数类型为 const vector&；在类外，使用模板的类型必须是 vector<T> ，但是在类中，可以直接使用 vector 即模板名当作类型使用；

我们此处实现还是使用 vector<T> ，严谨一些；

若我们没有显式实现拷贝构造，那么编译器自动生成的拷贝构造函数就是浅拷贝，因为vectot 涉及资源，浅拷贝就会导致多次析构而报错；所以拷贝构造函数需要我们显式实现；

	//拷贝的两种写法//zjx::vector<int> v2 = v1;zjx::vector<int> v2(v1);

v2(v1): --> v2 拷贝构造v1

  • 方法一：按照v1 的大小开辟空间，将 v1 的数据拷贝放入新空间中；
  • 方法二：复用reserve 与 push_back; 先利用reserve 为v2 开辟空间，再遍历v1 ,将v1 中的数据一个一个地push_back 到 v2 当中；

参考代码：

		vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (const auto& e : v){push_back(e);}}

但是有一点需要注意的是，拷贝构造也是一种构造，如果vector 的成员变量没有初始化，那么reserve 就会出错；在VS中，内置类型未初始化那么该数据便为随机值，会严重影响reserve 开辟空间；有两种处理方式：

处理方式一：在拷贝构造中使用参数列表为成员变量初始化，如下：

		vector(const vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){reserve(v.capacity());for (const auto& e : v){push_back(e);}}

处理方式二：在成员变量声明处给缺省值，如下：

	private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;};

倘若在成员变量声明处给了缺省值，那么默认构造完全什么都可以不写，如下：

		//默认构造函数vector(){}

注：当我们在初始化列表中显式地写了的时候，便用你写的值进行初始化，如果啥都没写，就是用缺省值；

还需要注意的是，虽然我们的默认构造函数中可以什么都不写，并不意味着它就可以省略！即使构造函数内部为空，它的存在仍然具有意义，因为我们可以通过初始化列表为成员变量赋初值。如果不定义构造函数，程序就不会执行初始化列表的操作。虽然编译器会在没有显式定义构造函数时自动生成默认构造函数，但需要注意拷贝构造函数也属于构造函数范畴。对于像vector这样涉及资源管理的类，必须显式实现拷贝构造函数，此时编译器就不会再自动生成默认构造函数。因此，即使构造函数内容为空，也必须明确写出这个构造函数！

14、赋值运算符重载

vector 的底层涉及资源，所以其拷贝构造、赋值运算符重载、析构函数均需要我们自己显式实现；

传统写法：释放旧空间、按照赋值对象的空间大小开辟新的空间、拷贝数据；

传统写法代码如下：

		//赋值运算符重载的传统写法vector<T>& operator=(const vector<T>& v){delete[] _start;//释放旧空间_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;//置空reserve(v.capacity());//开辟新空间for (auto& e : v)//push_back{push_back(e);}return *this;}

测试一下：

void test6()
{zjx::vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);//拷贝构造两种写法//zjx::vector<int> v2 = v1;zjx::vector<int> v2;v2 = v1;for (const auto& e : v2){cout << e << " ";}cout << endl;
}

现代写法：借助拷贝构造 + swap

在此之前我们先实现swap,代码如下：

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

注：我们最好是在vector 中实现一个swap ，如果直接使用算法库中的swap 需要实例化，并且走深拷贝的效率非常低；

现代写法代码如下：

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

现代写法的优势在于：传值传参会调用拷贝构造，而形参v 作为一个局部变量，出了作用域就会被销毁，自动调用其析构函数释放 v 的空间；而 this 就是需要和实参一样的空间，按照传统写法本身也需要释放旧空间，所以不如将 this 指向的空间与 v 中的空间进行交换，让 v 这个局部变量在出函数栈帧的时候自动调用析构函数释放原本 this 指向的空间，而 v 原来的空间给给了 this；现代写法的逻辑非常巧妙~

测试一下：

void test6()
{zjx::vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);//拷贝构造两种写法//zjx::vector<int> v2 = v1;zjx::vector<int> v2;v2 = v1;for (const auto& e : v2){cout << e << " ";}cout << endl;
}

当我们在vector 中放string 的时候：

void test7()
{zjx::vector<string> v1;v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test7();return 0;
}

出现了乱码通常就是野指针的问题，随机值所对应的编码正好是“葺”；

刚好是5次push_back , 就导致了野指针的问题，初步怀疑这是扩容带来的问题，但是又不确定，如果少push_back 一个呢？

如上，当我们push_back 4 个数据的时候，程序正常运行，但当push_back 5 个数据的时候却出现了野指针的问题，刚好就卡在扩容这里；我们先调试一下：

似乎是delete[] _start的时候影响了 tmp 中的数据？需要注意的是，根据调试经验，当前代码出问题不一定是当前位置出错！况且 delete 通常是不会出错的，即使delete 出错也是因为不匹配或者释放的位置不对；此处delete 使用是正确的，错误另有他处；

此处错因源于 memcpy 的浅拷贝，导致同一块空间多次析构故而报错；memcpy 是将 _start 中往后 sizeof(T)*oldSize 字节空间中的数据一个字节一个字节拷贝放入 tmp 中，而vector 中的string 涉及资源，就不能只单纯地进行浅拷贝；

注：在VS中，当字符数组较小的时候会存放在string 的_buffer 之中，比较大的才会存放在堆上，故而我们故意将字符串写得比较长，就是为了让他将数据存放到堆上；

观察调试后 _start 与 tmp 指向的空间：

而至于在delete 的时候报错，这是因为delete[] 对于自定义类型的空间会做两件事：

  • 1、调用析构函数；
  • 2、调用operator delete (本质上就是free)

而此处有两个自定义类型对象指向同一块空间，那么对同一块空间调用两次析构函数，于是乎就报错了；

修改：不使用memcpy ，需要进行深拷贝，让这个 string 走深拷贝，但倘若 T 为内置类型呢？因为模板是泛型，也就是说需要做到面面俱到，是否可以直接访问string 中的 _str ,看其 _size 、_capacity 的大小来决定开辟多大的空间呢？不能，我们不能直接在类外访问一个类的私有成员变量；况且， T也不一定是 string , 实际当中，我们并不知道T究竟为什么类型；

解决：利用赋值，即使T为涉及资源的类，赋值运算符重载一定是深拷贝实现的，倘若T为自定义类型，也没有关系，赋值也可以解决问题；

参考代码如下：

		void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t oldSize = size();T* tmp = new T[n];//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);//memcpy 是浅拷贝//我们需要自己实现深拷贝for (size_t i = 0; i < oldSize; i++){//将数据一个一个赋值过去tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + oldSize;_end_of_storage = _start + n;}}

测试一下：

void test7()
{zjx::vector<string> v1;v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");v1.push_back("6666666666666666666666666666");for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test7();return 0;
}

15、initializer_list 构造

另外，在vector 之中还可以使用迭代器区间进行初始化：

在C++11 之后，为了更好地去初始化这些容器，就自己创造了一个类型：initializer_list：

initializer_list 是一个模板，将 {} 括起来地数据传递给一个对象，它会默认将这个对象 il 的类型为 initializer_list<int>；可以认为initializer_list 是系统库中支持的容器；

Q：initializer_list 支持哪些功能？

intializer_list 支持迭代器；

Q: initializre_list 的原理是什么？

简单来说，initializer_list 与 C语言中数组的原理类似；

Q: initializer_list 所开辟的空间在哪里呢？会在常量区吗？还是和数组一样，存放在栈上？

  • 打印地址，观察 il 的迭代器所指向的地址离哪一个区域的地址比较近；

从上例中便可以得知 initializer_list 在栈上开辟空间；

对于 initialzer_list ，重点需要理解的是： initializer_list 中有两个指针，一个指向开始，一个指向结束，调试观察如下：

C++11 中增加了这种初始化方式，同时也对编译器进行了处理；当我们想要支持任意一个数据利用 {} 去初始化，那我们就可以去写一个对应版本的构造；

我们还可以使用隐式类型转化，和initializer_list 的效果一样，但是其语法逻辑不同，如下：

	vector<int> v1({ 1,2,3,4,5,6 }); //隐式类型转换vector<int> v2 = { 1,2,3,4,5,6 };//initializer_list
  • 对于 v1 , 单参数的构造函数支持隐式类型转换，语法上来说，要用 {1,2,3,4,5,6} 去构造一个vector的临时对象，再使用该临时对象去拷贝构造v1 ，而编译器在此基础上直接做了优化，即直接构造；
  • 对于v2, 是直接调用构造函数；

Q：如何实现 initializer_list 呢？

  • 1、initializer_list 作为构造的一种，在构造的时候编译器也会走初始化列表；
  • 2、调用 reserve 开辟空间
  • 3、initializer_list 有迭代器那么便就支持范围for ,直接依靠范围for 依次去取到 initializer_list<T> il 中所有的数据，然后进行push_back便可；

参考代码:

		//initializer_listvector<T>(initializer_list<T> il){reserve(il.size());for (auto& e : il){push_back(e);}}

测试：

void test6()
{zjx::vector<int> v1 ={ 1,2,3,4,5,6 };for (const auto& e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;
}

16、迭代器区间初始化

在库中，迭代器区间的初始化写成了一个模板，在类中成员函数是可以写成模板的 --> 多重模板：

类默认定义的模板参数(eg.T)是给我们整个类使用的，而类中的成员函数模板中也可以用类模板参数T，但是成员函数模板不想用T，并且想实现泛型编程，就可以在类中将此函数实现为函数模板；至于为什么不直接使用 iterator ，是因为 iterator 是属于vector 的，如果直接用vector 中的迭代器那么就只能用vector 的迭代器去初始化，就不支持使用其他类型迭代器区间来进行初始化；

参考代码：

		//迭代器区间的构造template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}

测试：

 可以使用其他类型数据的迭代器进行初始化：

还可以传原生指针：

Q: 为什么可以传原生指针？

  • 迭代器本身就是在模拟指针的行为，当指针所指向数据的空间是连续的就可以将指针当作迭代器使用；

说到这里，不得不再说一下算法库中的sort , 如下：

sort 是一个函数模板，也要求参数传递待排序数据的迭代器区间，对于vector 这种空间连续存在的容器进行排序时完全没有问题的，当然也可以对数组进行排序，即可以向sort 传递数组指针，使用如下：

void test7()
{int a[] = { 19,80,11,5,38,24 };sort(a, a + 6);for (auto e : a){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test7();return 0;
}

 17、n个val 构造

其中size_type 就是size_t ，库中的第三个参数时空间配置器，目前不管；

注：空间配置器：STL中的容器为了提高效率，它在申请内存的时候并没有直接向我们的堆调用malloc 、new 去申请，而是直接使用内存池中的空间；此处作为形参，是期望使用者在构造的时候，如果使用者对STL中的内存池(空间配置器)不满意，那么使用者可以自己去实现一个空间配置器，然后作为参数传给vector ，那么此时构造的时候就不再使用vector默认STL中的内存池，而是用你实现的内存池去申请空间；

实现：reserve + 填值，也可以直接去复用resize

		//n个val 的构造vector(size_t n, const T& val = T()){//直接复用resizeresize(n, val);}//vector(size_t n, const T& val = T())//{//	//reserve + 填值//	reserve(n);//	for (int i = 0; i < n; i++)//	{//		*_finish = val;//		++_finish;//	}//}

测试：

void test7()
{zjx::vector<int> v1(10, 1);for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;
}int main()
{test7();return 0;
}

再测试一下：

Q：为什么可以正常运行，而却会报错呢？

报错原因：编译器对去调用了我们实现的迭代器区间构造函数模板；

Q：为什么呢？

  • C++编译器在进行类型传参(函数模板参数匹配)的原则：匹配更匹配的；即编译器会在有选择的情况下，去“吃”自己更喜欢“吃”的；如果没有自己喜欢“吃”的，也可以“将就”；并且在这两点的基础上，“有现成吃现成”；对于；来说，编译器没有选择，匹配不上用迭代器区间初始化的构造，就只能去调用 n 个val 的构造；简单从字面量的角度来说就是：给整型的变量编译器就默认它为int 类型，给浮点数字面量编译器默认它的类型为double;当所传参数类型为 int 、double 的时候，就只能“勉强”地去匹配使用 n 个val 完成初始化地函数,因为倘如调用迭代器区间地函数模板，T被实例化为了double ，虽然size_t 与 int 有一点不匹配，但是也可以勉强使用；
  • 但是对于 来说，它是有选择地；相较于用 n 个val 初始化的构造，将 T实例化为int , 但size_t 与int 稍微不太匹配即“能吃但是不太对味口”；对于迭代器区间初始化的构造，它是一个函数模板，v1 的两个实参均为 int 类型的数据，那么InputIterator 就被实例化为了int , 显然相较于用 n 个val 初始化的构造函数，v1 更“喜欢”去调用更适合自己的用迭代器区间初始化的构造函数；

而int 类型的数据不可以进行解引用；

Q：如何解决呢？

  • 理论上而言，可以将实现n 个val 的构造第一个参数类型size_t 修改为int ,但是库中仍然使用的size_t ，并且即使是修改为int 也还存在其他问题；

首先我们先来看一下库中是如何解决的，如下：

库中实现为了两个函数，按照库中给的进行修改：

参考代码：

		//n个val 的构造vector(size_t n, const T& val = T()){//直接复用resizeresize(n, val);}vector(int n, const T& val = T()){//直接复用resizeresize(n, val);}

Q：那既然vector 的底层实现中，其第一个参数类型还有用int 实现的，为什么在文件中标明其第一个参数的默认类型为 size_type（size_t） 呢？

  • 1、一般在STL的惯例：只要是个数，就不会出现负数的情况，均会给size_t 类型，且用size_t 可以表达的数据会更多一些；
  • 2、将size_t 改为 int ,在极端情况下也会出现非法间接寻址的问题;(eg. 传参类型为两个无符号整型，例子如下：还是去调用了用迭代器区间初始化的构造，由于不能对整数进行解引用操作，故而报错)

http://www.dtcms.com/a/311734.html

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