[ C++ ] STL _ Vector使用及其模拟实现

1.Vector的介绍

1.1 Vector的介绍

​vector官方文档介绍​

1.vector是表示可变大小数组的序列容器。

2. 就像数组一样,vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问,和数组一样高效。但是又不像数组,它的大小是可以动态改变的,而且它的大小会被容器自动处理。

3. 本质讲,vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候,这个数组需要被重新分配大小 为了增加存储空间。其做法是,分配一个新的数组,然后将全部元素移到这个数组。就时间而言,这是一个相对代价高的任务,因为每当一个新的元素加入到容器的时候,vector并不会每次都重新分配大小。

4. vector分配空间策略:vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长,因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何,重新分配都应该是对数增长的间隔大小,以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。

5. 因此,vector占用了更多的存储空间,为了获得管理存储空间的能力,并且以一种有效的方式动态增长。

6. 与其它动态序列容器相比(deque, list and forward_list), vector在访问元素的时候更加高效,在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作,效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好

2.Vector的使用

vector在实际中非常重要且使用,因此我们需要熟悉使用常用的接口,以下将从常用的接口入手并进行模拟实现

vector模拟实现的基本结构:

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

//无参构造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{}

//资源管理
~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;
};

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2.1 vector的定义

构造函数声明​​constructor​

接口说明

vector()(重点)

无参构造

vector (const vector& x); (重点)

拷贝构造

vectorsize_type n, const value_type& val = value_type()

构造并初始化nval

vector (InputIterator first, InputIterator last);

使用迭代器进行初始化构造

//无参构造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstoage(nullptr)
{}

//拷贝构造
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个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);
}
}

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

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2.2 vector 迭代器的使用 

iterator的使用

接口说明

begin+end (重点)

获取第一个数据位置的iterator/const_iterator, 获取最后一个数据的下一个位置

iterator/const_iterator

rbegin+rend(反向迭代器)

获取最后一个数据位置的reverse_iterator,获取第一个数据前一个位置的

reverse_iterator

 

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

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

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2.3 vector的空间增长问题

容量空间

接口说明

size

获取数据个数

capacity

获取容量大小

empty

判断是否为空

resize(重点)

改变vectorsize

reserve(重点)

改变vectorcapacity

void resize(size_t{
if (n > capacity())
{

reserve(n);
}
if (n > size())
{
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
else

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void reserve(size_t{
size_t sz = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//这里会造成浅拷贝问题
//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;

}

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注意:

1、我们在扩容的时候有一个小细节,capacity的容量扩容在vs和g++下分别运行是有区别的,在Vs下caoacity的扩容是按1.5倍增长的;在g++下是按2倍增长的。不能固化的认为,vector的增长都是2倍,具体增长的多少要根据需求定义。Vs是PJ盘本的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;
}

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3. vector的增删查改

vector增删查改

接口说明

push_back(重点)

尾插

pop_back (重点)

尾删

find

查找。(注意这个是算法模块实现,不是vector的成员接口)

insert

pos之前插入val

erase

删除pos位置的数据

swap

交换两个vector的数据空间

operator[] (重点)

像数组一样访问

3.1 push_back (重点)

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

//insert(end(), x);

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 方法:

1、实现要考虑是否需要扩容,如果 _finish == _endofstoage 则需要扩容

2、尾插元素, ++_finish

3.2 pop_back (重点)

pop_back比较简单,尾删的逻辑不是删除而是覆盖,因此只需要--_finish即可

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

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3.3 insert

insert插入是在pos位置之前插入x

方法:

1、判断pos位置的合法性。

2、判断是否需要扩容,如果需要扩容则注意,这里会引发迭代器失效问题。

由于迭代器失效问题比较复杂,情况多样,我总结了一篇单独的博客供大家参考:

3、 挪动数据,由后往前走,让前一个覆盖后一个。

4、插入数据,++_finish, 返回pos位置

iterator insert(iterator pos, const{
//检查
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
//空间不够 扩容
//扩容以后 pos就失效了
if (_finish == _endofstoage)
{
//使用相对距离来计算确定pos位置
size_t n = pos - _start;
size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
pos = _start + n;
}

//挪动数据
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;

return

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3.4 erase

erase是删除pos位置的数据

方法:

1、判断pos位置的合法性。

2.、拿到pos位置下一个位置的迭代器,从前往后,后一个覆盖前一个。

3、最后--_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

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3.5 operator [ ] 

重载的operator [ ] 就是取到pos位置对应的数据即可,比较简单

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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 (本篇完)

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