C++  STL _ Vector使用及模擬實現

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1.Vector的介紹

1.1 Vector的介紹

​ ​vector官方文檔介紹​​

  • 1.vector是表示可變大小數組的序列容器。
  • 2. 就像數組一樣，vector也采用的連續存儲空間來存儲元素。也就是意味著可以采用下標對vector的元素進行訪問，和數組一樣高效。但是又不像數組，它的大小是可以動態改變的，而且它的大小會被容器自動處理。
  • 3. 本質講，vector使用動態分配數組來存儲它的元素。當新元素插入時候，這個數組需要被重新分配大小 為瞭增加存儲空間。其做法是，分配一個新的數組，然後將全部元素移到這個數組。就時間而言，這是一個相對代價高的任務，因為每當一個新的元素加入到容器的時候，vector並不會每次都重新分配大小。
  • 4. vector分配空間策略：vector會分配一些額外的空間以適應可能的增長，因為存儲空間比實際需要的存儲空間更大。不同的庫采用不同的策略權衡空間的使用和重新分配。但是無論如何，重新分配都應該是對數增長的間隔大小，以至於在末尾插入一個元素的時候是在常數時間的復雜度完成的。
  • 5. 因此，vector占用瞭更多的存儲空間，為瞭獲得管理存儲空間的能力，並且以一種有效的方式動態增長。
  • 6. 與其它動態序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在訪問元素的時候更加高效，在末尾添加和刪除元素相對高效。對於其它不在末尾的刪除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list統一的迭代器和引用更好

2.Vector的使用

vector在實際中非常重要且使用，因此我們需要熟悉使用常用的接口，以下將從常用的接口入手並進行模擬實現

vector模擬實現的基本結構：

template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;

//無參構造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{}

//資源管理
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstoage = nullptr;
}
}
size_t size() const{
return _finish - _start;
}

size_t capacity() const{
return _endofstoage - _start;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstoage;
};

2.1 vector的定義

構造函數聲明​ ​constructor​​

接口說明

vector()（重點）

無參構造

vector (const vector& x); （重點）

拷貝構造

vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）

構造並初始化n個val

vector (InputIterator first, InputIterator last);

使用迭代器進行初始化構造

 
//無參構造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{}

//拷貝構造
void swap(vector<T>& v){
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstoage, v._endofstoage);
}

//vector(const vector& v)
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{
vector tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}

//初始化n個val
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}

//使用迭代化區間初始化
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}

2.2 vector 迭代器的使用 

iterator的使用

接口說明

begin+end （重點）

獲取第一個數據位置的iterator/const_iterator， 獲取最後一個數據的下一個位置

 

的iterator/const_iterator

rbegin+rend（反向迭代器）

獲取最後一個數據位置的reverse_iterator，獲取第一個數據前一個位置的

 

reverse_iterator

 
iterator begin(){
return _start;
}
iterator end(){
return _finish;
}

const iterator begin() const{
return _start;
}
const iterator end() const{
return

2.3 vector的空間增長問題

容量空間

接口說明

size

獲取數據個數

capacity

獲取容量大小

empty

判斷是否為空

resize（重點）

改變vector的size

reserve（重點）

改變vector的capacity

 
void resize(size_t{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
if (n > size())
{
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
else
void reserve(size_t{
size_t sz = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//這裡會造成淺拷貝問題
//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
for (size_t i = 0; i < size(); ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}

delete[] _start;
}
_start = tmp;
}
_finish = _start + sz;
_endofstoage = _start + n;

}

註意：

1、我們在擴容的時候有一個小細節，capacity的容量擴容在vs和g++下分別運行是有區別的，在Vs下caoacity的擴容是按1.5倍增長的；在g++下是按2倍增長的。不能固化的認為，vector的增長都是2倍，具體增長的多少要根據需求定義。Vs是PJ盤本的STL，g++是SGI版本的STL。

//vs下
int main(){
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}

return 0;
}

3. vector的增刪查改

vector增刪查改

接口說明

​ ​push_back​​（重點）

尾插

​ ​pop_back ​​（重點）

尾刪

​ ​find​​

查找。（註意這個是算法模塊實現，不是vector的成員接口）

​ ​insert​​

在pos之前插入val

​ ​erase​​

刪除pos位置的數據

​ ​swap​​

交換兩個vector的數據空間

​ ​operator[] ​​（重點）

像數組一樣訪問

3.1 push_back （重點）

void push_back(const{
if (_finish == _endofstoage)
{
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
}
*_finish = x;
++_finish;

//insert(end(), x);

 方法：

  • 1、實現要考慮是否需要擴容，如果 _finish == _endofstoage 則需要擴容
  • 2、尾插元素， ++_finish

3.2 pop_back (重點)

pop_back比較簡單，尾刪的邏輯不是刪除而是覆蓋，因此隻需要–_finish即可

void pop_back(){
if (_finish > _start)
{
--_finish;
}
//erase(end() - 1);

3.3 insert

insert插入是在pos位置之前插入x

方法：

  • 1、判斷pos位置的合法性。
  • 2、判斷是否需要擴容，如果需要擴容則註意，這裡會引發迭代器失效問題。

由於迭代器失效問題比較復雜，情況多樣，我總結瞭一篇單獨的博客供大傢參考：

  • 3、 挪動數據，由後往前走，讓前一個覆蓋後一個。
  • 4、插入數據，++_finish， 返回pos位置
iterator insert(iterator pos, const{
//檢查
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
//空間不夠 擴容
//擴容以後 pos就失效瞭
if (_finish == _endofstoage)
{
//使用相對距離來計算確定pos位置
size_t n = pos - _start;
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
pos = _start + n;
}

//挪動數據
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;

return

3.4 erase

erase是刪除pos位置的數據

方法：

  • 1、判斷pos位置的合法性。
  • 2.、拿到pos位置下一個位置的迭代器，從前往後，後一個覆蓋前一個。
  • 3、最後–_finish，返回pos位置
iterator erase(iterator pos){
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;

return

3.5 operator [ ] 

重載的operator [ ] 就是取到pos位置對應的數據即可，比較簡單

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

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

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