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【c++】——STL容器之vector的使用和模拟实现_sjp11的博客

1 人参与  2022年01月09日 11:43  分类 : 《资源分享》  评论

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1.vector的概述

2.vector常用接口

2.1 构造函数

2.2 迭代器的使用:

2.3 修改的接口

push_back

pop_back

insert

erase

 find

reverse

 2.4 关于容量接口

resize

reverse 

2.5 数据的访问

3 vector的迭代器

迭代器失效的问题

4. vector的模拟实现

4.1reserve接口的实现

 4.2 resize

4.3 insert

 4.4 push_back

4.5 erase

 4.6 pop_back

4.7 构造函数


1.vector的概述

vector本质是数据结构中的线性表,它是动态空间的数组,如果vector中的空间满了以后,它会先开辟一块更大的新空间,然后将旧空间的数据拷贝给新空间,再把旧空间的给释放掉。vector开辟的新空间的容量一般是旧空间的容量的两倍或者1.5倍,不同的编译器增容方式可能是不同的。例如再g++中vector是以两倍增长的,vs中vector是以1.5倍增长的。

vector可以储存任意类型的数据,包括自定义类型,当定义vector的时候,需要指明vector存储的数据是什么类型的,定义格式:

 vector<类型> 名字;

	std::vector<int> v1;//v1是存储int类型的数据
	std::vector<string> v2;//v2存储的是string类型的数据
	std::vector<char> v3;//v3是存储char类型的数据

2.vector常用接口

vector的接口有很多,在这里我就不一 一讲解,我只讲一些我们经常会用到的接口,如果遇到哪个接口不懂的话,自己可以去查一下文档:vector - C++ Reference

2.1 构造函数

vector无参的构造函数
vector size_type n, const value_type& val = value_type()
构造并初始n个val
vector (const vector& x);
拷贝构造
vector (InputIterator fifirst, InputIterator last);
利用迭代器进行初始化构造
	std::vector<int> v1;//无参的构造函数
	std::vector<int> v2(10, 2);//构造并初始化10个2
	std::vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());//利用v2的迭代器初始化v3
	vector<int> v4(v2);//拷贝构造

2.2 迭代器的使用:

  正向迭代器:begin+end  返回的的类型是iterator/const_iterator

  反向迭代器:rbegin+rend 返回的类型是reverse_iterator/const_reverse_iterator

 利用迭代器遍历vector v1,v1中包含元素有 1 ,2 ,3,4,5

void test(vector<int> v)
{
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	cout << "正向迭代器遍历:";
	while (it != v.end())//正向迭代器遍历
	{
		cout << *it << ' ';
		it++;
	}
	cout << endl;

	vector<int>::reverse_iterator rt = v.rbegin();
	cout << "反向迭代器遍历:";
	while (rt != v.rend())//反向迭代器遍历
	{
		cout << *rt << ' ';
		rt++;
	}	
	cout << endl;
}

输出:

正向迭代器遍历:1 2 3 4 5

反向迭代器遍历:5 4 3 2 1

2.3 修改的接口

                  push_back        在末尾插入数据
                  pop_back        删除末尾的数据
                   insert          在position之前插入val
                  erase        删除position位置的数据
                  find          查找的某个数据的位置
               operator[ ]            像数组一样去访问vector
              swap          与另一个vector进行交换
            reverse        将vector中的数据进行逆置

push_back

void push_back (const value_type& val);

push_back接口的参数只有一个,它可以在vector的末尾插上一个数据。

pop_back

void pop_back();

pop_back接口没有参数,它直接删除vector末尾的一个数据。

insert

insert有3种传参的方式。

方式一:

 iterator insert (iterator position, const value_type& val);

在position之前插入一个val。position是迭代器类型

方式二

void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);

在position之前插入n个val。positon是迭代器类型

方式三

template <class InputIterator>

void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);

position 和first,last都是迭代器类型。

将一个vector的[first,last)区间的数据插入到另一个相同类型的vector的position位置之前。

 pisition不会随着数据的移动而移动。

erase

erase有两种传参的方式:

iterator erase (iterator position);

方式一:删除position位置的数据、

iterator erase (iterator first, iterator last);

方式二:删除迭代器区间 [ first , lasr ) 中的元素。

 find

template <class InputIterator, class T>

InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);

在[ first , last )区间查找val,找到了就返回相应的迭代器,找不到就返回last。

find不是vector中的中的接口,是算法中的函数,只要有迭代器都可以通过find进行查找

reverse

template <class BidirectionalIterator>

void reverse (BidirectionalIterator first, BidirectionalIterator last);

传vector的迭代区间,将vector的迭代区间中的元素进行逆置,例如:将一个vector中1 2 3 4 5 进行逆置就成 5 4 3 2 1

	std::vector<int> v1;//无参的构造函数
    v1.push_back(1);//尾插
	v1.push_back(2);//尾插
	v1.push_back(3);//尾插
	v1.push_back(4);//尾插
	v1.push_back(5);//尾插

	//查找3的位置,并将返回的迭代器存储在pos
	vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);
	v1.insert(pos, 30);//在pos位置之前插入30
	reverse(v1.begin(), v1.end());//逆置vector
	//查找3的位置,并将返回的迭代器存储在it
	vector<int>::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), 4);
	v1.erase(it);//删除it位置的数据

        

 2.4 关于容量接口

             size                       获取数据个数
         capacity                获取容量的大小
          empty             判断vector是否为空
          reserve            改变vector的capacity
           resize

            改变vector的size

resize


void resize (size_type n, value_type val = value_type());

使size到n个,如果不足本身的size不足n,则用val补齐vector到n个数据。如果本身的size大于n,则不需要进行任何操作。

reverse 

void reserve (size_type n);

使vector有n个容量空间,如果原本的capacity大于n,则不会缩容。

	std::vector<int> v;
	cout << v.capacity() << endl;//输出0
	cout << v.size() << endl;//输出0
	v.reserve(10);//预留10个capacity的空间大小
	cout << v.capacity() << endl;//输出10
	cout << v.size() << endl;//输出0
	v.resize(20,10);//预留20个数据
	cout << v.capacity() << endl;// 输出20
	cout << v.size() << endl;//输出20

2.5 数据的访问

operator[ ]可以像数组下标去访问vector中的元素
front返回vector中的第一个数据
back返沪vector中最后一个数据

3 vector的迭代器

vector是一个连续的空间,它的迭代器就是原生指针,因为vector中的原生指针可以满足迭代器 operator*,operator[ ],operator++,operator--,operator+=,operator-=的操作,所以vector的迭代器就只需要给原生指针起个别名就够了。如下:

  template<class T>
    class vector
    {
    public:
        typedef T* iterator; //vector的迭代器就是原生指针
        typedef const T* const_iterator;

      ...

}

迭代器失效的问题

在我们用vector中,经常会碰到迭代器失效的问题,那么什么是迭代器失效呢?

我们先来看一段代码,如下:

void test2()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(10);
	v.push_back(4);
    vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
	v.insert(pos,10);
	v.insert(pos, 20);
}

这段代码在vs运行下会奔溃掉,为什么呢?

 

 当我们删除掉2后,pos指向的位置的值就变为10,那么我们pos的意义也就改变了,此时的pos就迭代器就已经失效了,当我们再去使用它的时候,vs编译器就检查出来。

那么我再来看一下下面这个场景:

上面pos已经是野指针,因为旧空间被释放掉所以不知道它指向的是什么值。所以该指针旧已经失效了。

所以迭代器失效有两种方式:

一种是使用insert,erase使迭代器指向的数值发生改变,此时的迭代器就失去意义。这种有

些编译器会检查例如vs,有些编译器不会检查,例如g++

另一种是插入数据的时候,容量满的时候会开辟新空间,旧空间被释放,导致pos指向的数据

不知道是什么,此时的pos成了野指针,这个任何编译器都会报错。

4. vector的模拟实现

namespace sjp
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator; //vector的迭代器是可以修改的
		typedef const T* const_iterator;

        iterator begin()//返回vector迭代区间的头
		{
			return _first;
		}
		iterator end()//返回vector的迭代区间的尾
		{
			return _end;
		}

		const_iterator begin()const
		{
			return _first;
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _end;
		}

		size_t size()const//返回vector的数据个数
		{
			return _end - _first;
		}

		size_t capacity()const//返回vector的容量
		{
			return _end_of_storage - _first;
		}

        bool empty()const//判断vector是否为空
		{
			return _first == _end;
		}

		const T& operator[](size_t i)const
		{
			return *(_first + i);
		}

		T& operator[](size_t i)
		{
			return *(_first + i);
		}

		void clear()//清空vector
		{
			_end = _first;
		}


		const T& back()const//返回vector最后一个元素
		{
			return *(back - 1);
		}


		const T& front()const//返回vector第一个元素
		{
			return *(front);
		}


	private:
		iterator _first;//表示目前使用空间的头
		iterator _end;//表示目前使用空间的尾
		iterator _end_of_storage;//表示目前可用空间的尾
	};

在上面接口中,我们发现

1.有些接口在后面需要加上const,例如 empty ,size, capacity这些接口,因为调用这些接口的时候不会修改它的成员变量,所以我们加上const可以防止它的成员变量被修改,并且可以让const对象和非const对象都可以调用这些接口(注意非const对象是可以调用const的接口,但const对象不能调用非const的接口

2.有些接口需要实现const和非const的版本,例如begin ,end,operator[]这些接口,

非const对象调用非const的接口,返回的对象是可读可写的,const对象调用的是const的接口

返回的对象是只能读。例如,const对象返回的也是const的迭代器,就是不能通过迭代器去修改它指向的值。

4.1reserve接口的实现

     void reserve(size_t n)
		{
			size_t sz = size();//先保存原本的size
			if (capacity() < n)
			{
				T* tmp = new T[n];//重新开一块空间
				if (_first)//如果_first不为空指针
				{
					for (int i = 0; i < size(); i++)//将原空间的值拷贝给新空间
					{
						tmp[i] = _first[i];
					}
					delete[] _first;//释放旧空间
				}
				//让迭代器指向新空间
				_first = tmp;
				_end = _first + sz;
				_end_of_storage = _first + n;
			}
		}

这里有一个问题,上面的原空间的值拷贝给新空间中的:

                    for (int i = 0; i < size(); i++)
                    {
                        tmp[i] = _first[i];
                    }

可不可用memcpy(tmp, _first, sz*sizeof(T));来替代

memcpy进行的浅拷贝,当vector存储的像string开辟动态空间的之类就会出错

 

 也就是说memcpy只能拷贝string中的指针,没有将拷贝string的存储字符串的空间,当旧空间的中的存储的指针被释放掉后,同时指针指向的子符串也会被释放掉。

那这段代码为什么可以呢?

   for (int i = 0; i < size(); i++)
   {
              tmp[i] = _first[i];                
   }

 4.2 resize

		void resize(size_t n,T val=T())
		{
			if (n > size())
			{
				if (n > capacity())//如果预留数据个数大于容量则需要增容
				{
					reserve(n);
				}
				size_t sz = n - size();//将数据补齐到n个
				for (int i = 0; i < sz; i++)
				{
					push_back(val);
				}
			}
		}

 如果n大于size的时候就插入val,再进行判断,如果数据大于capacity的时候就需要进行增容,最后将val值补齐使vector的数据个数为n个。

4.3 insert

 		void insert(iterator pos,const T& x)
		{
			assert(pos >= _first && pos <= _end);
			if (_end == _end_of_storage)//判断容量是否满了
			{
				size_t lenth = pos - _first;//如果换新空间,需要保留pos在vector的位置
				int newcapacity = capacity() == 0 ? 5 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);//预留新空间
				pos =_first+lenth;//跟新pos
			}
			//将x插入到pos位置的前面
			iterator cur = end();
			while (cur != pos)
			{
				*(cur) = *(cur-1);
				cur--;
			}
			*pos = x;	
			_end += 1;//数据个数再加一
		}

 

上面提到了insert迭代器会失效的问题,那么我们可不可以对insert适当修改一下使我们使用insert

不会发生迭代器失效的问题?

只需要在上面的代码的基础,在pos迭代器加上引用&,然后插入数据后,pos加1,这样插入数据后,pos就可以一直指向原本那个数据。

 4.4 push_back

		void push_back(const T& x)//尾插,直接在最后一个位置插入数据即可
		{
			insert(_end, x);
			//if (_end == _end_of_storage)
			//{
			//	int newcapacity = capacity() == 0 ? 5 : capacity() * 2;
			//	reserve(newcapacity);
			//}
			//*_end = x;
			//++_end;
		}

4.5 erase

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos < _end);	
			iterator cur = pos;//将pos位置后的所有数据向前挪一步
			while (cur != _end - 1)
			{
				*cur = *(cur + 1);	
				cur++;
			}
			_end--;//数据个数再减一
			return pos;
		}

 4.6 pop_back

		void pop_back()
		{
			--_end;
		}

4.7 构造函数

		vector(size_t n, T val)//构造n个val值的vector
		{
			reserve(n);//先预留n个数据的空间
			for (int i = 0; i < n; i++)//再将val存满这块空间
			{
				push_back(val);
			}
		}

		vector()//无参的拷贝构造
		 :_first(nullptr),_end(nullptr),_end_of_storage(nullptr)
		{

		}

        vector(iterator first, iterator end)//利用迭代器区间构造vector
			:_first(nullptr), _end(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
		{
			while (first != end)
			{
				push_back(*first);
				first++;
			}
		}

        //v2(v1);
		vector(const vector<T>& v)//拷贝构造函数
			:_first(nullptr),_end(nullptr),_end_of_storage(nullptr)
		{
			reserve(v.capacity());//预留v1相同的空间
			for ( auto e: v)//然后将v1中的数据一个一个的推进v2
			{
				push_back(e);
			}
		}

        //v2=v1
		vector<T>& operator=(const vector<T>& v)//赋值构造函数
		{
			vector<T> tmp(v);
			swap(_first, tmp._first);//不能用用=赋值进行赋值,tmp出函数作业域或被析构掉。
			swap(_end, tmp._end);
			swap(_end_of_storage, tmp._end_of_storage);
			return *this;
		}

v1=v2,将v1赋值给v2,需要将v1的空间大小和值跟v2是一模一样的,在赋值过程中,先拷贝构造一个跟v1一模一样的tmp,然后将tmp和v2中_first,_end, _end_of_storage交换过去,出函数作用域的时候,tmp会被析构函数给释放掉。此时v1的空间大小和值跟v2是一模一样的。

总结:在上面中的push_back,pop_back,insert,erase,clear等接口中在后面不需要加上const,因为const对象本身不能被修改的,const的vector中的数据个数和数据都不能被改变,所以说const对象不能调用这些接口。

好了,今天的知识就分享到这里,喜欢的小伙伴们可以给博主点个赞 ,或者点个关注,大家一起努力学习,共同进步。


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迭代  数据  接口  
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