[c++]—vector类___提升版(带你了解vector底层的运用）

我写我 不论主谓宾 可以反复错

🌈vector的介绍?

• 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

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模拟实现的时候，这里是指针。?

💻vector的构造与析构

那我们现在敲个构造和析构函数吧。

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  不需要任何初始化的构造，用这种方法初始化，size和capacity都是0，后续需要插入就会扩容。这种初始化方式也是最容易实现的

模拟实现
        vector()
        {}
//因为vector类中的private成员中，已经给了初始值，如果不初始化，会默认给的nullptr初始值。

• 两个参数，第一个参数是size_t类型，第二个参数是const T& val = T()，T是模板，10个空间都会被初始化为字符a

std::vector<char> v(10,'a');
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模拟实现
		vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

• 给你一个区间，根据这个区间进行初始化，当然，这个区间要是迭代器类型

std::string a = "abcdef";
std::vector<char> v(a.begin(),a.end());
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模拟实现
		template<typename InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		
		//在这个构造函数中，使用了两个模板参数typename InputIterator。这是因为区间可以用不同类型的迭代器进行表示，例如，可以是普通指针、容器的迭代器、自定义类型的迭代器等。这两个模板参数允许我们灵活地适应不同种类的迭代器，并使用相应的逻辑来处理区间的元素。

• 当然还有一个构造函数，这个构造函数是为了和第三个构造函数做一个区分，当两个参数都是int类型的时候。

模拟实现
vector(int n, const T& val = T())
{
	resize(n, val);
}
//如果两个参数都是int，C++会自动的寻找与类型最匹配的构造函数，这样找到的不是第三个构造函数，是第四个，因为InputIterator是一个迭代器类型，与int类型不匹配，不额外写一个就会出错。

?后面的函数实现后，我会进行测试。

🕶?析构?

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

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💻vector拷贝构造和赋值

🕶?拷贝构造

	//拷贝构造
	vector(const vector<T>& v)
	{
		_start = new T[v.capacity()];//开辟一个空间
		//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
		for (int i = 0; i < v.size(); i++)
		{
			_start[i] = v._start[i];
		}
		_finish = _start + v.size();
		_endofstorage = _start + v.capacity();
	}

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🕶?赋值

//赋值
	//v1=v2//这里我用现代写法
	void swap(vector<T>& v)
	{
		std::swap(_start, v._start);
		std::swap(_finish, v._finish);
		std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
	}
用于交换的函数，传参传的是一个临时变量，会先执行构造函数，然后将v和this进行交换，再返回，执行完之后，会进行析构函数，这个时候就会把临时变量给释放。
	vector<T>& operator= (const vector& v)
	{
		swap(v);
	}

---

💻begin和end(迭代器)

• begin：一个指向第一个元素的迭代器
• end：一个指向最后一个元素的下一个位置的迭代器

typedef T* iterator;
		typedef const T*const_iterator;

		//begin和end
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _end;
		}
        //上面可以改

		const_iterator begin()const
		{
			return _start;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _end;
		}
        //加const就不可以修改了

---

💻size和capacity

//size和capacity
	size_t size()const
	{
		return _finish - _start;
	}
	size_t capacity()const
	{
		return _endofstorage - _start;
	}

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💻empty和clear

• empty是一个判断是否为空的函数
• clear是用来清空容器数据的函数

//empty和clear
	/*empty是一个判断是否为空的函数
	clear是用来清空容器数据的函数*/
	bool empty()
	{
		return _start == _finish;
	}
	void clear()
	{
		_start = _finish = nullptr;
	}

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💻reserve和resize?

这两个都是扩容的函数，具体作用和string里的一样。

• reserve中的参数如果比capacity大，就进行扩容，如果比capacity小，可不理会.

//reserve
	void reserve(size_type n)
	{
		if (n > capacity())
		{
			int sz = size();
			T* tmp = new T[n];
			if (_start)
			{
				for (size_t i = 0; i < sz; i++)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}
				delete[] _start;
			}
			_start = tmp;
			_finish = _start + sz;
			_endofstorage = _start + n;
		}
	}

• resize中的参数如果比capacity大，则进行扩容，并将扩容的部分赋值为val，反之，进行缩容，也就是原地减小

	//resize
	void resize(size_t n, const T& val = T())
	{
		if (n < size())
		{
			_finish = _start + n;
		}
		else
		{
			reserve(n);
			while (_finsh != _start + n)
			{
				*_finish = val;
				_finish++;
			}
		}
	}

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💻insert和erase?

🕶?insert

如果_finish=_endofstorage，那么就得扩容，扩容之后是在新的空间进行的，，所以我们要保留pos的值，防止迭代器失效的问题出现，然后前一个值给后一个值。?

iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;

				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);

				// 解决pos迭代器失效问题
				pos = _start + len;
			}

			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}

			*pos = x;
			++_finish;

			return pos;
		}

?🕶?erase

//erase
	iterator erase(iterator pos)
	{
		assert(pos >= _start && pos < _finish);

		iterator it = pos + 1;
		while (it != _finish)
		{
			*(it - 1) = *it;
			++it;
		}

		--_finish;

		return pos;
	}

---

💻运算符重载[]

vector是一个顺序容器，支持快速的访问，也就是支持下标访问。

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

			return _start[pos];
		}

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

			return _start[pos];
		}

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💻尾插尾删

🕶?push_back和pop_back

	//尾插
    void push_back(const T& x)
		{
			/*if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
			}

			*_finish = x;
			++_finish;*/
			insert(end(), x);
		}

    //尾删
    void pop_back()
    {
		erase(--end());
	}

---

🍭vector底层实现代码

#pragma once
#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<assert.h>

namespace cl
{
	template <class T> // generic template
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T*const_iterator;

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

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


	//构造函数
	vector()
	{}
	vector(size_t n, const T& val = T())
	{
		resize(n, val);
	}
	template <class InputIterator>
	vector(InputIterator first, InputIterator last)
	{
		while (first != last)
		{
			push_back(*first);
			first++;
		}
	}
	vector(int n, const T& val = T())
	{
		resize(n, val);
	}

	//拷贝构造
	vector(const vector<T>& v)
	{
		_start = new T[v.capacity()];//开辟一个空间
		//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
		for (int i = 0; i < v.size(); i++)
		{
			_start[i] = v._start[i];
		}
		_finish = _start + v.size();
		_endofstorage = _start + v.capacity();
	}
	//析构
	~vector()
	{
		if (_start)
		{
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}
	}
	//赋值
	//v1=v2//这里我用现代写法
	void swap(vector<T>& v)
	{
		std::swap(_start, v._start);
		std::swap(_finish, v._finish);
		std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
	}
	vector<T>& operator= (const vector& v)
	{
		swap(v);
	}

	//size和capacity
	size_t size()const
	{
		return _finish - _start;
	}
	size_t capacity()const
	{
		return _endofstorage - _start;
	}

	//empty和clear
	/*empty是一个判断是否为空的函数
	clear是用来清空容器数据的函数*/
	bool empty()
	{
		return _start == _finish;
	}
	void clear()
	{
		_start = _finish = nullptr;
	}

	//reserve
	void reserve(size_t n)
	{
		if (n > capacity())
		{
			int sz = size();
			T* tmp = new T[n];
			if (_start)
			{
				for (size_t i = 0; i < sz; i++)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}
				delete[] _start;
			}
			_start = tmp;
			_finish = _start + sz;
			_endofstorage = _start + n;
		}
	}
	//resize
	void resize(size_t n, const T& val = T())
	{
		if (n < size())
		{
			_finish = _start + n;
		}
		else
		{
			reserve(n);
			while (_finish != _start + n)
			{
				*_finish = val;
				_finish++;
			}
		}
	}

	//insert和erase
	iterator insert(iterator pos, const T& x)
	{
		assert(pos >= _start && pos <= _finish);

		if (_finish == _endofstorage)
		{
			size_t len = pos - _start;

			size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
			reserve(newcapacity);

			// 解决pos迭代器失效问题
			pos = _start + len;
		}

		iterator end = _finish - 1;
		while (end >= pos)
		{
			*(end + 1) = *end;
			--end;
		}

		*pos = x;
		++_finish;

		return pos;
	}
	//erase
	iterator erase(iterator pos)
	{
		assert(pos >= _start && pos < _finish);

		iterator it = pos + 1;
		while (it != _finish)
		{
			*(it - 1) = *it;
			++it;
		}

		--_finish;

		return pos;
	}

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

		return _start[pos];
	}

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

		return _start[pos];
	}
	//尾插
	void push_back(const T& x)
	{
		/*if (_finish == _endofstorage)
		{
			size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
			reserve(newcapacity);
		}

		*_finish = x;
		++_finish;*/
		insert(end(), x);
	}

	//尾删
	void pop_back()
	{
		erase(--end());
	}
	private:
		iterator _start=nullptr;
		iterator _finish=nullptr;
		iterator _endofstorage=nullptr;

	};

}

我写我 不论主谓宾 可以反复错