10、一个简易 vector：C++ 模板与 STL

---

从零实现一个简易 vector：C++ 模板与 STL 概念介绍

本文通过手写一个简易的 vector 类，带你理解 C++ 模板语法、内存管理、类与对象的基本原理，并对 STL 做一个入门级介绍。

---

一、为什么要用模板？

在 C 语言中，我们常常需要为不同类型写重复的代码，比如 int 数组、float 数组、char 数组……而 C++ 的模板机制让我们可以写一次代码，适用于任意类型。

template<class T>
class vector { ... };

这就是类模板的定义方式。编译器会根据你使用的类型自动生成对应的类，比如 vector<int>、vector<double> 等。

---

二、类与对象：封装你的数据结构

vector 类封装了三个成员变量：

T* _a;         // 动态数组指针
int _size;     // 当前元素个数
int _capaity;  // 当前容量

构造函数中使用 new 来动态分配内存：

_a = new T[num];

而析构函数中使用了 delete[] 来释放内存，避免内存泄漏：

delete[] _a;

这就是 C++ 中的内存管理收尾：new 和 delete 成对出现。

---

三、pushback：实现动态扩容

实现一个简易的 pushback() 方法：

if (_size >= _capaity) {// 扩容逻辑int newCapacity = _capaity == 0 ? 1 : _capaity * 2;T* tmp = new T[newCapacity];...
}

这是典型的 动态数组扩容策略：当容量不足时，翻倍扩容，保证摊销时间复杂度为 O(1)。

---

四、operator[]：支持下标访问与修改

重载 operator[]，并返回引用：

T& operator[](size_t i) {assert(i < _size);return _a[i];
}

这允许我们像使用数组一样访问和修改元素：

v[1] = v[1] * 2;

如果你返回的是值而不是引用，就无法修改原始数据。下面我来解释一下原因，如果是传值返回，返回的并不是_a[i]而是一份临时拷贝，但是因为临时拷贝具有常性，所以是没有办法进行修改的，因此我们必须加上引用！

---

五、push_pop：模拟弹出操作

实现一个 push_pop() 方法：

void push_pop() {assert(_size > 0);_size--;
}

虽然没有真正删除元素，但通过减少 _size 来模拟弹出行为，符合简易栈的思想。

---

六、STL 简介：为什么我们还需要标准库？

这份手写的 vector 是对 STL 中 std::vector 的简化版。STL（Standard Template Library）是 C++ 提供的一套泛型容器和算法库，包括：

容器	说明
std::vector	动态数组
std::list	双向链表
std::map	键值对红黑树
std::set	唯一元素集合
std::queue	队列
std::stack	栈

STL 的优势在于：

• 模板泛型：支持任意类型
• 高性能：底层优化良好
• 安全性：边界检查、异常处理
• 线程安全性：部分算法是线程安全的，但容器本身不是，需手动加锁

---

七、知识点总结

知识点	说明
模板语法	template<class T>
内存管理	new / delete[]
类封装	构造、析构、成员函数
运算符重载	operator[] 返回引用
动态扩容	翻倍策略
STL 容器	std::vector 等标准容器

---

最后一段代码回顾

vector<int> v(10);
v.pushback(1);
v.pushback(2);
v[1] = v[1] * 2;
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {cout << v[i] << " ";
}