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vector的模拟实现01

news 2025/7/9 7:46:58

文章目录

  • vector的模拟实现
    • 构造函数
    • 析构函数
    • 迭代器
    • 容量
      • size
      • capacity
      • reverse
    • 遍历
      • 下标+[]
    • 修改
      • push_back
      • pop_back
      • insert
    • 结语

我们大家有又见面了，给生活加点</font color =red>impetus！！开启今天的编程之路
在这里插入图片描述
今天我们来学习vector。了解一些基本的接口已经迭代器失效问题！！
作者：٩( ‘ω’ )و260
我的专栏：C++初阶，数据结构初阶，题海探骊，c语言
感谢点赞，关注！！

vector的模拟实现

在 C++ 里，std::vector 属于标准模板库（STL）中的容器，它可看作是动态数组。话多多说，直接进入模拟实现。
首先我们先要明白，vectoe底层是数组，如果我们数组中存储的是字符类型，那还要string类干嘛：

1：string后面默认有\0，vector没有
2：接口有较大差异，比如vector中其实没有find函数，只能使用算法库中的函数

其次就是需要定义vector的结构，也许你会认为可以使用顺序表定义的结构，但是在这里，我们为了更加接触底层，在vector的源代码中，他的成员函数是这样定义的：总共有三个，分别为迭代器，名称为：_start,_finish,_end_of_storage。分别代表的是有效位置的第一个元素，有效位置的最后一个元素，有效空间的最后一个位置
我们来看下面的定义：

class vector{
pubilc:
private:
	iterator _start;
	iterator _finish;
	iterator _end_of_storage;
};

其实这样还是会有一点小瑕疵，编译器怎么知道iterator是什么东西吗？
而且，vector的底层是数组，那么数组应该是可以存储各式各样的数据类型，包括整形，浮点数，自定义类型等等，我们再来加以修改一下：

template<class T>
class vector{
pubilc:
	typedef T* iterator;//定义普通迭代器
	typedef const T* const_iterator;//定义const迭代器
private:
	iterator _start;
	iterator _finish;
	iterator _end_of_storage;
}

作用：指向各种数据的迭代器。

因为vector的底层是数组，所以这里的迭代器就可以理解为数组的指针，本质上是因为数组空间是连续的。在这里，我们需要重点学习迭代器失效！！
这里的迭代器的typedef一定要定义在public中，这样外面才能使用。
随后我想补充自己总结的知识点：
1：模版可以做声明和定义分离，但是不要分离到两个文件，否则会发生链接错误
2：利用模版传参一般是传引用，因为是数组，值传递的时候调用拷贝构造，目的是防止深拷贝
3：注意，只有先声明模版，函数才能够传递模版参数，例如

//template<class T>
//void Print(const Mrzeng::vector<T>&res){}

构造函数

在这里我们主要实现是三种构造函数，第一种是无参构造，第二种是有参构造，第三种是利用其他类来进行构造
先来看第一种
因为是无参的构造函数，所以我们构造函数的时候必须要去初始化列表中初始化，但是由于这些都是迭代器可以理解为指针，所以我们直接将三者的初始化为空指针：

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

接下来我们来完成有参的初始化，但是这里的结果是数组中的数据全部都是相同的，因为这种构造就是用n个val值来初始化vector实例化的对象：
直接来看代码：

vector(size_t n,const T& val=T())//匿名对象
{
	assert(n>0);
	reverse(n);
	for(size_t i=0;i<n;i++)
	{	
		push_back(val);
	}
}

虽然说我们还没有实现迭代器以后push_back，但是这个大致思路确实是如此。
首先第一句代码使用了匿名对象：因为外部传给vector的值并不确定，所以vector中有可能能够存储各式各样的值，我们这里只能够使用匿名对象。
匿名对象首先会调用的构造函数，去构造一个自定义类型之后就会传递给vector，那么，有的同学会问，那内置类型怎么办呢？难道内置类型使用匿名对象时会升级为自定义类型？
答案确实是如此，接下来利用代码验证:
在这里插入图片描述
接下来实现第三种，使用另一个模版来构造vector，鉴于我们对于后面还没学习，这里主要讲解用法，来看代码：

vector(initializer_list<T> il)
{
	reverse(il.size());
	for(auto& e:il)
	{
		push_back(e);
	}
}

initializer_list是另一类，在这里初始化的时候可以使用任何数据来进行初始化，比如：

vector<int> v1{1,2,3,4,5};

在这里的原理是什么呢？

利用initializer_list初始化时自动开空间，自动生成首尾迭代器，这也是为什么我我没有显示写begin(),end()，但是也能够使用范围for。注意范围for的本质就是迭代器

析构函数

析构函数简单，只需要释放开辟的空间即可，来看下列代码：

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

这里只需要判断是否需要析构即可，因为一开始无参初始化三个成员变量都是空，再来析构的话就显得画蛇添足了！！

迭代器

这里实现开始与结束的迭代器，与string类相差无几，直接来看代码：

iterator begin()
{
	return _start;
}
iterator end()
{
	return _finish;
}
const_itreator begin()const
{	
	return _start;
}
const_iterator end()const
{
	return _finish;
}

在迭代器这里有一个细节：

迭代器是左闭右开的类型，类似于[begin(),end())，末尾迭代器并不是包含在内的元素，这里需要记忆

容量

size

size其实就是有效位置的最后迭代器减上有效位置的起始迭代器即可：

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

可以理解为指针：两个指针相减的值就是其中相邻元素的个数，前提是指向同一块空间

capacity

capacity就是容量的最后位置迭代器减上有效位置起始迭代器：

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

可以理解为指针：两个指针相减的值就是其中相邻元素的个数，前提是指向同一块空间

reverse

需要判断什么时候需要扩容，扩容之后又要做什么，代码是否有错误？而在扩容之中我们又需要干什么?
来看下列代码：

void reverse(size_t n)
{
	if(n>_end_of_storage)
	{
		T*tmp=new T[n];
		memcpy(tmp,_start,size()*sizeof(T));//注意memcpy的单位是字节
		delete[]_start;
		_start=tmp;
		//修改成员变量
		_finish=tmp+size();
		_end_of_capacity=tmp+n;
	}
}

这里在_finish和_end_of_storage修改成员变量的时候主要是为了标记这个迭代器是在哪个vector之中的！！
那么我们上面还有没有可以优化的地方呢？上面的代码有没有问题呢？我们来看一下：

首先我们看一下倒数第二行的size，计算是通过_finish-_start实现的，但是我们发现，在求size之前我们就已经对_start进行了变化，此时_finish指向旧的已经被销毁的空间，_start指向新空间的起始位置，此时代码肯定报错：

在这里插入图片描述
再来看这张图理解，所以如果按照这个代码扩容的话，_finish的结果会一直是0。
在这里插入图片描述
最终代码：

void reverse(size_t n)
{
	if(n>_end_of_storage)
	{
		size_t old_size=size();//存储下来这个偏移量
		T*tmp=new T[n];
		if(_start)//如果被拷贝数据此时不是空的话，我再来进行操作,否则就不需要操作了
		{
			memcpy(tmp,_start,old_size*sizeof(T));
			delete[]_start;
		}
		_start=tmp;
		//修改成员变量
		_finish=tmp+old+size();
		_end_of_capacity=tmp+n;
	}
}

遍历

下标+[]

此时与string相差无几，直接来看代码即可：

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

修改

push_back

尾插，首先我们需要先判断是否需要扩容，随后再来进行尾插，最后再对成员变量进行修改：
来看代码：

void push_back(const T&x)
{
	if(_finish==_end_of_storage)
	{
		size_t newcapacity=_end_of_storage==0?4:2*capacity();
		reverse(newcapacity);
	}
	*_finish=x;
	_finish++;
}

pop_back

对尾部进行删除，删除之后修改成员变量

void pop_back()
{
	_finish--;
}

直接让有效元素减一个就可以了

insert

我们需要在指定位置进行插入操作，首先需要先检查是否需要扩容，随后再来移动元素，最后再插入数据以及修改成员变量。
来看代码：

void insert(iterator pos,const T&x)
{
	if(_finish==_end_of_storage)
	{
		size_t newcapacity=_end_of_storage==0?4:2*capacity();
		reverse(newcapacity);
	}
	iterator it=_finish-1;
	while(it>=pos)
	{
		*(it+1)=*it;
		it--;
	}
	*pos=x;
	_finish++;
}

这样的代码看起来是ok的，但是如果我们去检验，我们会发现一个问题，此时我们会发现我们一直无法退出循环，那这个是什么原因呢?迭代器失效–原因是野指针

我们如果发生了扩容，就会导致旧空间销毁，但是最开始pos迭代器肯定是指向旧空间的，开辟新空间之后pos迭代器变成就是野指针了，所以我们应该及时对pos迭代器进行修改

所以我们这里应该改为：

	if(_finish==_end_of_storage)
	{
		int len=pos-_start;//记录下偏移量
		size_t newcapacity=_end_of_storage==0?4:2*capacity();
		reverse(newcapacity);
		//利用偏移量找到新的pos迭代器
		pos=_start+len;//前面加一个_start主要是为了标记新的数组的偏移量
	}

来看下面图解：
在这里插入图片描述
这里还有一个细节：

如果我们在外面设置了pos指针，插入数据之后一定不要再去使用这个迭代器，因为我不知道是否会产生扩容，不知道这个迭代器是否会被更新，因为我这里是使用的传值调用，里面的操作不会影响外面，里面这个迭代器经历了什么我是一点都不知道的。
那你可能会说，那我们转引用不就好了吗？但是如果是一个迭代器再来进行算术加减法，就会产生一个临时对象记录这个结果，传过去临时对象，不加const的话又是一个权限放大问题，所以我们必须加上const，但是加上const我的pos位置的数据就不能再修改了！！
所以：为了方便，不要在使用调用insert实参为迭代器的变量了！！

示例代码：

	int x = 2;
	cin >> x;
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
		v.insert(pos, x * 10);
		// insert以后pos不能使用，pos可能失效，不要访问这个迭代器
		// cout << *pos << endl;
	}

find是算法库中的函数，如果找到对应位置数值为x的位置，就会放回这个位置的迭代器，，否则会返回last位置的迭代器，代表没有找到。
在这里插入图片描述

结语

感谢大家阅读我的博客，不足之处欢迎与我交流讨论。
时人不识凌云木，直待凌云始道高！！加油！！
在这里插入图片描述

http://www.dtcms.com/a/98886.html

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