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【C++初阶】vector模拟实现

21 人参与  2024年09月23日 19:20  分类 : 《我的小黑屋》  评论

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?? 追风赶月莫停留 ??
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?? 平芜尽处是春山??
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?vector模拟实现

?默认成员函数?构造函数?拷贝构造函数?析构函数?赋值重载函数 ?迭代器?增删查改功能实现?增加数据?删除数据?查找数据?改变数据?其它程序 ?vector模拟整体代码

?默认成员函数

?构造函数

//默认构造vector(){}//带参构造vector(size_t x, const T& val = T()){resize(x, val);}......

对于带参构造当中,第二个参数,所采用的是匿名对象作为缺省值;因为在这里T的的类型不确定,只能使用匿名对象来修饰。

匿名对象:指的是没有被显式命名(即没有标识符或变量名)的对象实例。这类对象通常在需要临时执行某些操作或作为函数参数/返回值传递时创建,而不需要将结果长期存储于某个变量中。

此处的构造只涉及到浅拷贝,对于深拷贝后面会有介绍。

?拷贝构造函数

//拷贝构造(普通写法)vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}//拷贝构造(实用写法)vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (const auto& in : v){push_back(in);}}//现代写法vector(vector<T>& v){vector<T> ret(v.begin(), v.end());swap(ret);}

此处的拷贝构造函数就涉及到深拷贝问题,这里我提供了三种写法。
(1)第一种写法就是普通的写法,相信大家自己来模拟拷贝构造,思路大径相同;这里还用到了memmove()函数, 大家也可以采用while()循环的方式来代替,方法多种多样。
(2)第二种写法就是利用vector的插入完成,不过需要提前开满足够的空间,不然内存会泄露。
(3)第三种写法利用swap的特性。

?析构函数

//iterator _start = nullptr;//iterator _finish = nullptr;//iterator _endofstorage = nullptr;~vector(){if(_start){delete[] _start;_start = nullptr;_finish = nullptr;_endofstorage = nullptr;}}

析构函数还是常规写法,没有什么特别之处。
_start、_finish、_endofstorage是vector的迭代器。_start是指向头;_finish是数据存储大小的尾;_endofstorage是整个空间大小的尾。

?赋值重载函数

//传统写法vector<T>& operator=(const vector<T>& v){if (this != &v){reserve(v.capacity());for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){_start[i] = v[i];}_finish = _start + v.size();}return *this;}//优化写法vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}

在进行赋值重载操作时,可以先对数据进行对比,如果相同就不用再进行此操作。
赋值重载需要注意的是优化写法中在参数中没有采用引用的写法,swap()函数是把两处的内容完全交换,而我们在这里仅仅只需要赋值,所以我在这里并对v采用引用的写法,如果对v采用引用的写法可能会把原有的v中数据破坏,未被引用的v仅仅只是原来v中数据的拷贝,虽然它俩名字相同,但作用域不同。

?迭代器

无论是范围for还是方括号进行遍历,底层原理都是迭代器,迭代器有两种版本,有const版本和非const版本;迭代器写法还是直接调用子函数进行实现。

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

?增删查改功能实现

?增加数据

reserve()函数是扩容函数,capacity()函数是算出实际空间的大小,还额外使用了memcpy()函数进行了拷贝,这里之所以扩容在if条件下进行,是因为我们不仅仅是在插入数据的时候才用到扩容函数,比如赋值等等。
这里还有一点需要注意,需要在_start空间释放前把实际数据的长度先保存,在这实际长度的计算是采用_finish-_start的长度,当我们已经释放_start,再次使用size()函数时,_start和_finish不在同一个物理量上,程序会报错,如下图:

在这里插入图片描述

void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t len = size();T* tem = new T[n];if (_start){memcpy(tem, _start, len * sizeof(T));delete[] _start;}_start = tem;_finish = _start + len;_endofstorage = _start + n;}}
push_back()是尾插函数的实现,开头还是得先判断空间是否溢出再进行判断;_finish是实际数据大小的尾,_endofstorage是空间实际的大小,当这两者相等,空间就会溢出。reserve()函数是扩容函数。
void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;}
Insert()函数是插入函数,在pos位置插入新的数据,还使用了memmove()函数进行了数据的移动,当然也可以使用while()和for()这两个也可以,看大家对那个熟悉就用那个。
首先还是要先对pos位置进行判断,防止提供的pos位置有误;再用_finish与_endofstorage进行对比来判断空间是否溢出,是否需要扩容;最后再把pos位置往后的整体数据往后移一步,把新的数据插入pos位置即可。
void Insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}memmove(pos + 1, pos, (_finish - pos) * sizeof(T));*pos = x;++_finish;}

?删除数据

erase()函数是删除数据的函数。首先还是对题目提供的pos进行判断,我在这里就没有采用memmove()函数进行数据的移动,还是因为memmove()函数在删除末尾数据时有点问题,最后我还是采用while()循环来实现数据的移动。
void erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;}
pop_back()函数是尾删数据的函数,实现方式也是直接把_finish减一个数就可以,主要还是_finish是指向该数据的尾.
void pop_back(){assert(size() > 0);--_finish;}

?查找数据

Find()函数是查找数据。实现方式也是利用迭代器进行遍历查找。
bool Find(T x){iterator pos = _start;while (pos <= _finish){if (*pos == x) return true;++pos;}return false;}

?改变数据

resize()函数是利用空间的性质对数据进行扩容和删除,也就是它既具有扩容的功能,又有删除的功能,还有增加数据的功能,只不过增加的是默认值0。

参数中的T由于不确定类型所以采用的是匿名对象的缺省参数。该函数大家可以很少用到,下面是程序运行图:

在这里插入图片描述

void resize(size_t n, T val = T())//匿名对象的缺省值{if (n > size()){reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}else{_finish = _start + n;}}

?其它程序

size()函数是计算实际数据大小,capacity()函数是计算实际空间的大小,当实际数据大小等于实际空间的大小,该空间就满了,再往里插入新数据,空间就会溢出。
size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}
operator函数是方便该类数据可以使用方括号进行遍历,也就是数组的方式进行遍历。也是有两个版本,一个是const类,另一个是非const类。
T& operator[](const T& pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](const T& pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}

?vector模拟整体代码

#include<iostream>#include<assert.h>using namespace std;namespace ciking{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}//拷贝构造(普通写法)/*vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}*///拷贝构造(实用写法)vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (const auto& in : v){push_back(in);}}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t len = size();T* tem = new T[n];if (_start){memcpy(tem, _start, len * sizeof(T));delete[] _start;}_start = tem;_finish = _start + len;_endofstorage = _start + n;}}void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){assert(size() > 0);--_finish;}void Insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}memmove(pos + 1, pos, (_finish - pos) * sizeof(T));*pos = x;++_finish;}void erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);//memmove(pos, pos + 1, sizeof(T) * (_finish - pos));//--_finish;iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;}bool Find(T x){iterator pos = _start;while (pos <= _finish){if (*pos == x) return true;++pos;}return false;}void resize(size_t n, T val = T())//匿名对象的缺省值{if (n > size()){reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}else{_finish = _start + n;}}size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}T& operator[](const T& pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](const T& pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;};void print_vector(const vector<int>& v){for (auto in : v){cout << in << " ";}cout << endl;}void test_vector1(){vector<int> vv;vv.push_back(1);vv.push_back(2);vv.push_back(3);vv.push_back(4);vv.push_back(4);vv.push_back(4);vv.push_back(4);vv.push_back(4);vector<int>::iterator it = vv.begin();while (it != vv.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;vv.erase(vv.end());for (auto in : vv){cout << in << " ";}cout << endl;for (size_t i = 0; i < vv.size(); i++){cout << vv[i] << " ";}cout << endl;vv.Insert(vv.begin(), 100);print_vector(vv);vector<int> v2;v2.push_back(100);v2.push_back(120);v2.push_back(130);v2.push_back(140);vv = v2;for (size_t i = 0; i < vv.size(); i++){cout << vv[i] << " ";}cout << endl;}void test_vector2(){vector<int> v1;v1.push_back(100);v1.push_back(110);v1.push_back(120);v1.push_back(130);v1.push_back(140);v1.push_back(150);v1.push_back(160);v1.push_back(170);v1.push_back(180);v1.push_back(190);v1.push_back(200);cout << "原有数据:";for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;v1.resize(15);cout << "resize(15)空间变大后的数据:";for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;v1.resize(8);cout << "resize(8),空间变小的数据:";for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;}}int main(){ciking::test_vector2();return 0;}

关于本章知识点如果有不足或者遗漏,欢迎大家指正,谢谢!!!

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