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C++:模拟实现vector

14 人参与  2024年10月03日 16:40  分类 : 《随便一记》  评论

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成员变量与迭代器

size

capacity

empty

迭代器有关函数

实现默认成员函数的前置准备

reserve

​编辑

​编辑

push_back

构造函数

无参构造

迭代器区间构造

n个val来进行构造 

析构函数

拷贝构造函数

赋值重载

增删查改

clear

resize

pop_back

insert

erase

重载[]

print_Container


成员变量与迭代器

我们还是需要在一个命名空间里模拟实现vector,防止和标准库里的起冲突。

namespace zh{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;    private:    iterator _start = nullptr;    iterator _finish = nullptr;    iterator _end_of_storage = nullptr;    };}

解释说明:

1.vector是一个非常通用的容器,是一个动态大小的数组,可以存储任意类型的元素,并且能够自动调整大小以适应元素的添加和删除。所以我们的模拟实现要写成类模板

2.vector可以看做顺序表的升级,但是模拟实现vector跟我们以往实现顺序表有所不同,顺序表是使用一个动态开辟的数组、数组有效元素个数size和数组容纳最大有效数据的个数capacity维护的,而模拟实现vector需要三个(模板参数)T* 类型的指针,而vector的迭代器功能恰恰又和T*类型指针类似,所以干脆把T*封装成迭代器。当然迭代器需要有两个版本,普通版本和const版本。

3.参数的含义

_start指向数组首元素,_finish指向最后一个有效元素的下一个位置, _end_of_storage指向数组空间末尾。

通过三个指针也可以模拟出size和capacity的功能。

size

返回有效数据个数的函数

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

capacity

返回数组最大容纳有效数据个数(容量大小)的函数。

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

empty

判断数组是否为空,判断_start与_finish是否相等即可

bool empty() const{return _finish == _start;}

迭代器有关函数

主要实现begin函数和end函数

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

实现默认成员函数的前置准备

reserve

用于vector数组空间不足时扩容的函数(扩容成n个空间)。

void reserve(size_t n){if (n > capacity())                        //n大于数组容量才扩容{size_t oldsize = size();               //用oldsize避免新_start和老_finish的问题                                                T* tmp = new T[n];//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));  //这里是浅拷贝,如果是内置类型,没问题                                                     //如果vector存的是自定义类型,就是大坑for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete _start;                 //这里delete_start,_finish 和_end_of_storage是野指针//更新成员变量_start = tmp;_finish = tmp + oldsize;               _end_of_storage = tmp + n;}}

reserve有几个问题需要注意:

1.开空间的时候要使用new而不要用malloc,因为malloc只是去开空间,不会去调用构造函数。

2.新_start和_finish的问题。

错误示范。

将原有数据拷贝到新空间后,释放了旧空间的资源,_strat指向了新的空间,但是_finish和_end_of_storage还是指向旧空间,这两个指针就变成野指针了。而最关键的是_finish不能被正确赋值。

3.memcpy浅拷贝问题

memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));

memcpy是浅拷贝,如果vector存的是内置类型,那么浅拷贝就没有问题,如果存的是自定义类型,那浅拷贝就是个大坑。假如vector存的是string类型,那么扩容时,将数据从旧空间拷贝到新空间时,因为是浅拷贝,所以两个空间里的string的_str是同一个地址释放旧空间的时候就连带这把新空间的资源也释放了

这样就扩容失败了,因为你把原空间的数据丢失了,而且搞不好有可能程序还会崩溃。

要解决这个问题,我们就得手动实现深拷贝, 因为new出来的空间如果是自定义类型的话就自动调用构造函数初始化了,所以这里走的是赋值重载来实现深拷贝

push_back

用于在数组末尾尾插一个元素的函数。

void push_back(const T& x){//插入之前先判断空间是否足够    if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}    //插入元素,更新_finish*_finish = x;_finish++;}

构造函数

vector的构造函数我们实现无参构造迭代器区间构造n个val构造

无参构造

无参构造其实我们并不需要写,因为已经在成员变声明时给了缺省值,编译器自动生成的无参构造函数走初始化列表满足需求了。但是由于我们写了其他构造函数编译器就不自动生成了

这里时候可以自己写无参构造,也可以用default强制编译器生成(C++11的用法)。

//构造/*vector(){}*///c++11 强制生成构造vector() = default;

迭代器区间构造

//类模板的成员函数,还可以继续是函数模版template<class InputIerator>vector(InputIerator first, InputIerator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}

这里给这个函数再套一层模板是为了让vector不仅能用vector的迭代器区间构造,还能用其他容器(list、string等)的迭代器来进行构造

这里又有个问题,就是while循环判断条件的!=不能改成<,因为<对于vector的迭代器时可以的,但是对于其他容器的迭代器,如list,last不一定比first要大

n个val来进行构造 

vector(size_t n, const T& val = T()){//先开好空间reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}

使用的时候val可能不传参,所以要给缺省值。

因为val的类型不确定,可能是内置类型,也可能是自定义类型。

在不传参使用缺省值时

对于自定义类型,比如strng,先调用构造函数构造一个匿名对象,再拷贝构造给val。(编译器会优化,直接对val进行构造),这样val就有了缺省值

对于内置类型,本来是没有构造函数的说法的,但是为了适应这里,也支持类似类那种使用构造函数初始化的方式。

int a = int();int b = int(2);int c(3);cout << a << endl;cout << b << endl;cout << c << endl;

析构函数

直接delete就可以了,把三个迭代器置空。

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

拷贝构造函数

先开好空间,然后尾插就可以了。

//拷贝构造vector(const vector<T>& v){reserve(v.size());for (auto& e : v){push_back(e);}}

赋值重载

首先实现一个交换函数,然后传值调用,将两个对象交换即可。

//void swap(vector& v) 可以这样写void swap(vector<T>& v) {std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}

增删查改

clear

不需要真的删除,直接将更改_finish的值即可。

void clear(){_finish = _start;}

resize

控制有效数据个数。

若n < size,直接将_finish更改为_start + n即可。若_size < n < capacity或者n > capacity,直接扩容成n个空间(空间足够就不会扩容),从_finish拷贝足够数量的val即可。
void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish != _start + n)           {*_finish = val;++_finish;}}}

pop_back

先判断数组是否为空,尾删一个元素,_finish-- 即可。

void pop_back(){//判断下数组是否为空assert(!empty());--_finish;}

insert

在pos位置插入一个元素。

iterator insert(iterator pos, const T& x) //pos不会为0,因为是有效的迭代器{assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage)                   //涉及到扩容,pos会失效,pos指向原来的空间{size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}//插入元素,更新*pos = x;++_finish;return pos;}

注意的问题:

1.如果插入涉及到了扩容,要提前把pos相对于首元素的相对长度记录下来,扩容完毕后更新pos。因为扩容会导致pos失效。

2.插入之后要返回新元素的迭代器。(这里其实也算迭代器是失效了,因为pos指向的元素发生了更改,迭代器失效了就不要在使用了。)

erase

删除pos位置的元素,删除完后返回删除元素下一位置的迭代器

iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}

抛出一个问题,利用迭代器删除vector中所有的偶数。

错误做法

auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);}    it++;}

删完一个偶数后,it已经是下一元素的迭代器了,it不需要++了。

正确做法

auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);}else{++it;}}

重载[]

为了方便访问和修改数组中的元素。

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

print_Container

通用打印容器函数,套一层模板即可。

注意:

​template<class Container>void print_Container(const Container& v){//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();   //typename标定为类型                              //从没有实例化的类模板取出来的可能是类型或者成员变量,编译器无法区分auto it = v.begin();                       while (it != v.end()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;/*for (auto num : v){cout << num << ' ';}cout << endl;*/}​

未实例化的类取出来的有可能是类型或者成员变量,要加关键字typename告诉编译器是类型不加的话会发生编译错误

当然直接用auto更方便。


拜拜,下期再见?

摸鱼ing?✨?


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