C++ vector模擬實(shí)現(xiàn)的代碼詳解
一、vector認(rèn)識(shí)
vector是表示可變大小數(shù)組的序列容器。
就像數(shù)組一樣，vector也采用的連續(xù)存儲(chǔ)空間來存儲(chǔ)元素。也就是意味著可以采用下標(biāo)對(duì)vector的元素進(jìn)行訪問，和數(shù)組一樣高效。但是又不像數(shù)組，它的大小是可以動(dòng)態(tài)改變的，而且它的大小會(huì)被容器自動(dòng)處理。
本質(zhì)講，vector使用動(dòng)態(tài)分配數(shù)組來存儲(chǔ)它的元素。當(dāng)新元素插入時(shí)候，這個(gè)數(shù)組需要被重新分配大小為了增加存儲(chǔ)空間。其做法是，分配一個(gè)新的數(shù)組，然后將全部元素移到這個(gè)數(shù)組。就時(shí)間而言，這是一個(gè)相對(duì)代價(jià)高的任務(wù)，因?yàn)槊慨?dāng)一個(gè)新的元素加入到容器的時(shí)候，vector并不會(huì)每次都重新分配大小。
vector分配空間策略：vector會(huì)分配一些額外的空間以適應(yīng)可能的增長(zhǎng)，因?yàn)榇鎯?chǔ)空間比實(shí)際需要的存儲(chǔ)空間更大。不同的庫(kù)采用不同的策略權(quán)衡空間的使用和重新分配。但是無(wú)論如何，重新分配都應(yīng)該是對(duì)數(shù)增長(zhǎng)的間隔大小，以至于在末尾插入一個(gè)元素的時(shí)候是在常數(shù)時(shí)間的復(fù)雜度完成的。
因此，vector占用了更多的存儲(chǔ)空間，為了獲得管理存儲(chǔ)空間的能力，并且以一種有效的方式動(dòng)態(tài)增長(zhǎng)。
與其它動(dòng)態(tài)序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在訪問元素的時(shí)候更加高效，在末尾添加和刪除元素相對(duì)高效。對(duì)于其它不在末尾的刪除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list統(tǒng)一的迭代器和引用更好
二、vector迭代器失效
迭代器的主要作用就是讓算法能夠不用關(guān)心底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其底層實(shí)際就是一個(gè)指針，或者是對(duì)指針進(jìn)行了封裝，比如：vector的迭代器就是原生態(tài)指針T。因此迭代器失效，實(shí)際就是迭代器底層對(duì)應(yīng)指針?biāo)赶虻?/p>
空間被銷毀了，而使用一塊已經(jīng)被釋放的空間，造成的后果是程序崩潰(即如果繼續(xù)使用已經(jīng)失效的迭代器，程序可能會(huì)崩潰)。
對(duì)于vector可能會(huì)導(dǎo)致其迭代器失效的操作有：
- 會(huì)引起其底層空間改變的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
代碼例子：
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
// 將有效元素個(gè)數(shù)增加到100個(gè)，多出的位置使用8填充，操作期間底層會(huì)擴(kuò)容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改變擴(kuò)容大小但不改變有效元素個(gè)數(shù)，操作期間可能會(huì)引起底層容量改變
// v.reserve(100);
// 插入元素期間，可能會(huì)引起擴(kuò)容，而導(dǎo)致原空間被釋放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 給vector重新賦值，可能會(huì)引起底層容量改變
v.assign(100, 8);
/*
出錯(cuò)原因：以上操作，都有可能會(huì)導(dǎo)致vector擴(kuò)容，也就是說vector底層原理舊空間被釋放掉，
而在打印時(shí)，it還使用的是釋放之間的舊空間，在對(duì)it迭代器操作時(shí)，實(shí)際操作的是一塊已經(jīng)被釋放的
空間，而引起代碼運(yùn)行時(shí)崩潰。
解決方式：在以上操作完成之后，如果想要繼續(xù)通過迭代器操作vector中的元素，只需給it重新
賦值即可。
*/
while(it != v.end())
{
cout<< *it << " " ;
++it;
}
cout<<endl;
return 0;
}- 指定位置元素的刪除操作--erase
代碼例子：
void test_vector3()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
auto it = v1.begin();
//while(it != v1.end())//錯(cuò)誤代碼
//{
// if(*it % 2 == 0)
// {
// v1.erase(it);
// }
// it++;
//}
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
}
注意：運(yùn)行錯(cuò)誤代碼時(shí)，程序崩潰了，為什么？
其實(shí)是因?yàn)閑rase刪除pos位置元素后，pos位置之后的元素會(huì)往前搬移，他沒有接收返回值而是一味的進(jìn)行++操作導(dǎo)致程序越界奔潰。
在Visual Studio2019中，調(diào)用vector的insert()和erase()接口后，it迭代器（包括it之后的自定義迭代器）將會(huì)失效，如果仍操作這些已經(jīng)失效的迭代器，編譯器將會(huì)引發(fā)異常。
我嘗試在Linux的g++編譯器下運(yùn)行相同debug版本的程序（編譯時(shí)帶上-g選項(xiàng)），發(fā)現(xiàn)g++中調(diào)用完insert()和erase()接口后，it迭代器并未失效，甚至可以操縱it讀寫_end_of_storage-_finish這部分空間，這是錯(cuò)誤的，這要求我們要規(guī)范使用insert和erase接口。
三、vector模擬實(shí)現(xiàn)構(gòu)造函數(shù)調(diào)用不明確問題
void test_vector7()
{
/*vector<int> v(10u, 1);
vector<string> v1(10, "1111");*/
vector<int> v2(10, 1);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
//cout << endl;
//vector<int> v3(v.begin(), v.end());
//for (auto e : v3)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//string str("hello world");
//vector<char> v4(str.begin(), str.end());
//for (auto e : v4)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//int a[] = { 16,2,77,29 };
//vector<int> v5(a, a + 4);
//for (auto e : v5)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
}
注意：我們運(yùn)行沒有注釋的代碼時(shí)，代碼報(bào)非法的間接尋址，這是因?yàn)榘l(fā)生了構(gòu)造函數(shù)調(diào)用不明確的問題
而注釋代碼沒有發(fā)生調(diào)用不明確的問題。看下圖
對(duì)于沒有注釋的代碼來說第二個(gè)構(gòu)造函數(shù)更匹配，所以發(fā)生了調(diào)用不明確
調(diào)用不明確問題解決方法
我們需要重載一個(gè)int類型的構(gòu)造函數(shù)這樣就解決了調(diào)用函數(shù)不明確的問題
四、模擬實(shí)現(xiàn)reserve函數(shù)發(fā)生的淺拷貝問題
代碼：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//擴(kuò)容前保存?zhèn)€數(shù)，因?yàn)閿U(kuò)容后指針不是原來的指針了
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
// 拷貝前_start不能為空
if (_start)
{
// memcpy(tmp,_start,sizeof(T) * sz);//拷貝自定義類型時(shí)淺拷貝.錯(cuò)誤代碼
for (int i = 0; i < size(); i++)
{
tmp[i] = _start[i];//自定義類型時(shí)調(diào)用賦值重載
}
delete []_start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}vector是深拷貝，但是vector空間上存的對(duì)象是string的數(shù)組，使用memcpy導(dǎo)致string對(duì)象的淺拷貝問題
解決方法：我們需要遍歷數(shù)組調(diào)用賦值拷貝來解決問題
五、vector模擬實(shí)現(xiàn)源碼
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include <iostream>
#include <string.h>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace sqy
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{}
vector(int n, const T& value = T())
{
resize(n, value);
}
vector(size_t n, const T& value = T())
{
resize(n, value);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_endOfStorage = _start + v.capacity();
}
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
~vector()
{
delete []_start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
void push_back(const T& x)
{
//擴(kuò)容
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back()
{
assert(size() > 0);
--_finish;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//擴(kuò)容前保存?zhèn)€數(shù)，因?yàn)閿U(kuò)容后指針不是原來的指針了
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
// 拷貝前_start不能為空
if (_start)
{
// memcpy(tmp,_start,sizeof(T) * sz);//拷貝自定義類型時(shí)淺拷貝
for (int i = 0; i < size(); i++)
{
tmp[i] = _start[i];//自定義類型時(shí)調(diào)用賦值重載
}
delete []_start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n >= capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = value;
++_finish;
}
}
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish && pos >= _start);
size_t sz = pos - _start;
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + sz;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish&& pos >= _start);
if (size() > 0)
{
iterator begin = pos;
while (begin < _finish)
{
*begin = *(begin + 1);
++begin;
}
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start = nullptr;//指向數(shù)據(jù)塊的開始
iterator _finish = nullptr;//指向數(shù)據(jù)塊的尾
iterator _endOfStorage = nullptr;//指向存儲(chǔ)容量的尾
};
void Test_vector()
{
vector<string>v;
v.push_back("aaaaaaaaaaaaaaa");
v.push_back("bbbbbbbbbbbbbbb");
v.push_back("ccccccccccccccc");
v.push_back("ddddddddddddddd");
v.push_back("eeeeeeeeeeeeeee");
for (auto t : v)
{
cout << t << endl;
}
}
void test_vector1()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
v1[i]++;
}
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector3()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
auto it = v1.begin();
while(it != v1.end())//錯(cuò)誤代碼
{
if(*it % 2 == 0)
{
v1.erase(it);
}
it++;
}
/*while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}*/
//v1.erase(v1.begin());
//auto it = v1.begin()+4;
//v1.erase(it);
erase以后，迭代器失效了，不能訪問
vs進(jìn)行強(qiáng)制檢查，訪問會(huì)直接報(bào)錯(cuò)
//cout << *it << endl;
//++it;
//cout << *it << endl;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector4()
{
vector<int> v;
v.resize(10, 0);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector5()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vector<int> v1(v);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<int> v2;
v2.resize(10, 1);
v1 = v2;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector7()
{
/*vector<int> v(10u, 1);
vector<string> v1(10, "1111");*/
vector<int> v2(10, 1);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
//cout << endl;
//vector<int> v3(v.begin(), v.end());
//for (auto e : v3)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//string str("hello world");
//vector<char> v4(str.begin(), str.end());
//for (auto e : v4)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//int a[] = { 16,2,77,29 };
//vector<int> v5(a, a + 4);
//for (auto e : v5)
//{
// cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
}
}以上就是C++ vector模擬實(shí)現(xiàn)的代碼詳解的詳細(xì)內(nèi)容，更多關(guān)于C++ vector模擬實(shí)現(xiàn)的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章！
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