C++中vector的實(shí)現(xiàn)方法示例詳解
1. vector介紹
vector本質(zhì)其實(shí)就是和我們數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的順序表類(lèi)似,都是對(duì)一個(gè)數(shù)組進(jìn)行增刪查改等操作,但是這里vector的實(shí)現(xiàn)和順序表的實(shí)現(xiàn)有所不同,vector的底層源碼的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)三個(gè)迭代器實(shí)現(xiàn)的,一個(gè)是指向開(kāi)始的位置_start,一個(gè)是指向有效數(shù)據(jù)末尾的迭代器_finish還有一個(gè)是指向有效空間的迭代器_end_of_storage;而順序表則是一個(gè)指針指向一塊空間,和兩個(gè)計(jì)數(shù)器int size計(jì)算有效空間內(nèi)有效的元素個(gè)數(shù)和int capacity 記錄有效空間大小的整形變量;
2. vector的實(shí)現(xiàn)
2.1 vector的類(lèi)的基本結(jié)構(gòu)
如上所述,vector的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)三個(gè)成員即三個(gè)迭代器實(shí)現(xiàn)的;但庫(kù)內(nèi)的vector的使用通常有可以使用不同的類(lèi)型例如vector<int>, vector<char>,vector<double>等等,所以我們就需要實(shí)現(xiàn)一個(gè)vector的模板,然后還要實(shí)現(xiàn)他們的迭代器,我們同源碼的迭代器實(shí)現(xiàn)不同,但迭代器其實(shí)就跟指針的用法幾乎一樣,所以我們這里通過(guò)指針來(lái)實(shí)現(xiàn)迭代器;如下代碼所示:
template<class T> class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; private: //有三個(gè)迭代器 iterator _start = nullptr; //指向開(kāi)頭 iterator _finish = nullptr; //指向有效元素末尾后一個(gè)位置 iterator _end_of_storage = nullptr; //指向有效空間末尾 };
2.2 vector構(gòu)造和析構(gòu)函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
如上三個(gè)迭代器成員可見(jiàn),我們已經(jīng)給了缺省參數(shù)nullptr,那么在實(shí)例化的過(guò)程中我們只需要有一個(gè)構(gòu)造函數(shù),他們就會(huì)自動(dòng)走初始化列表使用缺省參數(shù)進(jìn)行初始化;而這里我們有了個(gè)創(chuàng)建一個(gè)構(gòu)造函數(shù)的新的用法,這是在C++11才加進(jìn)的;如下代碼所示:
vector() = default;
然后是拷貝構(gòu)造,拷貝構(gòu)造其實(shí)就是實(shí)例化出一個(gè)新的對(duì)象,而新的對(duì)象的值和傳入拷貝的對(duì)象的值相同,那我們就可以直接通過(guò)一個(gè)范圍for讓把被拷貝的對(duì)象的值依次插入實(shí)例化出的新的對(duì)象里面即可,這里先提前使用下面會(huì)講到的內(nèi)容,我們只需要知道push_back就是往里插入數(shù)據(jù);
vector(const vector<T>& v) { for (auto e : v) { push_back(e); } }
再者就是傳入一段迭代器進(jìn)行構(gòu)造實(shí)例化出新的對(duì)象;但我們這里要重新寫(xiě)一個(gè)模板,這樣我們就可以把一些不同類(lèi)型的不同結(jié)構(gòu)的對(duì)象存到vector里面來(lái);
template<class InterIterator> vector(InterIterator first, InterIterator last) { while (first != last) { push_back(*(first)); ++first; } }
最后是析構(gòu)函數(shù)就不過(guò)多介紹;
~vector() { if (_start) delete[]_start; _start = nullptr; _finish = nullptr; _end_of_storage = nullptr; }
2.3 賦值運(yùn)算符重載、swap、begin()、end()、capacity()、size()
swap的實(shí)現(xiàn):由于和string類(lèi)的實(shí)現(xiàn)一樣,如果說(shuō)我們調(diào)用庫(kù)的swap并且是大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行交換的話(huà)效率會(huì)降低效率;如下圖:
至于為什么會(huì)降低效率是因?yàn)榧t色方框那里會(huì)調(diào)用一次拷貝構(gòu)造;然后綠色方框那也說(shuō)了會(huì)降低效率,所以我們自主實(shí)現(xiàn)一個(gè)在類(lèi)內(nèi)且不會(huì)調(diào)用拷貝構(gòu)造的swap;如下代碼所示:
void swap(vector<T>& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); }
賦值運(yùn)算符重載的實(shí)現(xiàn):如下圖
賦值運(yùn)算符重載其實(shí)只需要調(diào)用swap就可以,而且我們的參數(shù)是傳值 不是傳引用,所以不會(huì)對(duì)v的原數(shù)據(jù)造成影響,最后再返回*this即可;如下代碼所示:
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& operator=(vector<T> v) { swap(v); return *this; }
然后是begin()傳回首元素的迭代器、end()傳回尾部元素的迭代器、capacity()傳回有效空間大小、size()傳回有效元素個(gè)數(shù)以及empty()判斷vector容器是否為空的實(shí)現(xiàn)如下;
begin()和end()其實(shí)就是直接返回_start和_finish即可,但是他們還有一個(gè)const_iterator就是指向不可被修改的所以實(shí)現(xiàn)了兩種;如下代碼所示:
iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin() const { return _start; } const_iterator end() const { return _finish; }
capacity()和size()這里返回他們的大小,應(yīng)該是整型才對(duì),但是我們的底層是迭代器,那該怎么辦呢? 其實(shí)這里涉及到我們指針的一個(gè)知識(shí)點(diǎn),那就是指針減指針?lè)祷氐氖莾蓚€(gè)指針之間的元素個(gè)數(shù),那我們就用用到這里來(lái);如下代碼所示:
size_t capacity()const { return _end_of_storage - _start; } size_t size()const { return _finish - _start; }
最后一個(gè)是判空empt(),這個(gè)其實(shí)只需要看他的_start指向的空間和_finish指向的空間是否是同一塊空間即可如下代碼所示:
bool empty() { return _start == _finish; }
2.4 reserve的實(shí)現(xiàn)(重點(diǎn))
reserve就是預(yù)先開(kāi)空間,如果說(shuō)開(kāi)的空間比原有的空間小的話(huà)capacity 和size不會(huì)變化,但是比原有的空間大的話(huà)就會(huì)給他們開(kāi)足n個(gè)空間;如下測(cè)試可知:
#include<vector> #include<iostream> using namespace std; int main() { vector<int>v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); v.push_back(6); v.push_back(7); cout << "capcaity is:> " << v.capacity() << endl; cout << "size is:> " << v.size() << endl; v.reserve(3); cout << "After reserve(3) capcaity is:> " << v.capacity() << endl; cout << "After reserve(3) size is:> " << v.size() << endl; v.reserve(20); cout << "After reserve(20) capcaity is:> " << v.capacity() << endl; cout << "After reserve(20) size is:> " << v.size() << endl; return 0; }
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運(yùn)行結(jié)果為:
那我們的實(shí)現(xiàn)也要和源碼的功能一樣,如果n比capacity小則不出現(xiàn)變化,如果比capacity大的話(huà)就需要進(jìn)行擴(kuò)容,而這里也涉及了深淺拷貝問(wèn)題,我們需要自己new一段n一樣大的空間然后把數(shù)據(jù)往里放,我先直接上代碼,里面有些需要注意的地方在下面進(jìn)行講解:
void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t old_size = size(); T* temp = new T[n]; //memcpy(temp, _start, size() * sizeof(T)); for (size_t i = 0; i < old_size; i++) { temp[i] = _start[i]; } delete[]_start; _start = temp; //_finish = temp + size();//這個(gè)是錯(cuò)誤的示范,因?yàn)閐elete掉_start了, //那temp = _strt +size()(_finish-_start) 就為_(kāi)finish,但是finish為NULL //因?yàn)橐呀?jīng)被釋放了 _finish = temp + old_size; _end_of_storage = temp + n; } }
重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!重點(diǎn)!
(內(nèi)心所言:換個(gè)顏色的字體會(huì)不會(huì)讓眼睛看的舒服點(diǎn)哈哈哈哈)
首先需要注意的第一點(diǎn)是:上面代碼加了一個(gè)old_size進(jìn)行記錄size()并不是多余,如果說(shuō)上面不加的話(huà)會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,因?yàn)榍懊嬉呀?jīng)釋放了_start,而size() = _finish - _start, 而_finish還指向原來(lái)已經(jīng)被釋放的空間,_finish = temp + _finish - _start;而_start = temp,_finish被釋放了為NULL, 所以最后的結(jié)果會(huì)為NULL,所以我們需要預(yù)先把size()保存下來(lái);
然后先說(shuō)一下賦值運(yùn)算符重載vv = v的實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上是把vv原有的空間釋放掉,然后開(kāi)一片和v一樣大的空間,上面做到了開(kāi)一樣的空間,而只需要把v的值復(fù)制到vv就可以,但為什么我把memcpy注釋掉了呢? 因?yàn)閙emcpy只是進(jìn)行單純的值和值賦值操作,如果說(shuō)我用一個(gè)vector容器儲(chǔ)存string類(lèi)呢? 只進(jìn)行值的拷貝就會(huì)導(dǎo)致淺拷貝而出現(xiàn)錯(cuò)誤;下面舉出了例子:
template<class T> class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t old_size = size(); T* temp = new T[n]; memcpy(temp, _start, size() * sizeof(T)); delete[]_start; _start = temp; _finish = temp + old_size; _end_of_storage = temp + n; } } private: //有三個(gè)迭代器 iterator _start = nullptr; //指向開(kāi)頭 iterator _finish = nullptr; //指向有效元素末尾后一個(gè)位置 iterator _end_of_storage = nullptr; //指向有效空間末尾 }; void test2() { vector<string> v; v.push_back("11111111111111111111"); v.push_back("11111111111111111111"); v.push_back("11111111111111111111"); v.push_back("11111111111111111111"); Print_Container(v); v.push_back("11111111111111111111"); Print_Container(v); } int main() { test2(); return 0; }
這里就是把memcpy解開(kāi)了,那讓我們來(lái)看看結(jié)果如何
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運(yùn)行結(jié)果為:
出現(xiàn)很多隨機(jī)值,正如我們所說(shuō),單純的memcpy只會(huì)把值進(jìn)行淺拷貝如下圖所示:
但為什么我們只進(jìn)行單純的賦值操作就可以實(shí)現(xiàn)深拷貝了呢?那是因?yàn)槲覀儌髁藄tring類(lèi)型即vector<string>,而
改段賦值其實(shí)就是調(diào)用了string里的賦值運(yùn)算符,庫(kù)內(nèi)的已經(jīng)重載過(guò)了,所以會(huì)進(jìn)行深拷貝操作;
2.5 push_back和pop_back()操作實(shí)現(xiàn)
其實(shí)也沒(méi)有什么可講的,因?yàn)楹蛃tring類(lèi)實(shí)現(xiàn)的非常相似,我們只需要注意當(dāng)容器滿(mǎn)的時(shí)候就需要進(jìn)行擴(kuò)容,然后把值放到*_finish里,然后finish還要往后走;而尾刪pop_back更簡(jiǎn)單,因?yàn)樗恍枰紤]空間是否充足,只需要看空間是否為空即可;如下代碼所示:
void push_back(const T& x) { if (_finish == _end_of_storage) { reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); } (*_finish) = x; _finish++; } void pop_back() { assert(!empty()); --_finish; }
2.6 resize的實(shí)現(xiàn)
resize顧名思義就是改變size的,實(shí)現(xiàn)他的話(huà)有兩種需要注意的情況,第一種如果說(shuō)改變的大小n如果size < n < capacity的話(huà)則需要改變_finish的位置,但是capacity不會(huì)變;第二種如果說(shuō)n>capacity的話(huà)則需要擴(kuò)容,如果有給值則初始化新開(kāi)的空間的值,如果沒(méi)有則給匿名對(duì)象實(shí)例化出的值進(jìn)行初始化如下代碼所示:
void resize(size_t n, T val = T()) { if (n < size()) { _finish = _start + n; } //這里包括兩種情況,一種是 size < n < capacity; //還有一種是capacity < n 那就需要拿n來(lái)進(jìn)行擴(kuò)容操作,而這步操作在reserve(n) //會(huì)實(shí)現(xiàn) else { reserve(n); while (_finish < _start + n) { *_finish = val; _finish++; } } }
這里第二個(gè)參數(shù)是T val = T(),T()其實(shí)就是匿名對(duì)象(這也看出匿名對(duì)象的作用,就是給不知道給什么類(lèi)型缺省值的參數(shù)用的);
2.7 insert和erase的實(shí)現(xiàn)
insert不單純只是說(shuō)插入數(shù)據(jù),這里面還涉及到一個(gè)迭代器失效的知識(shí)點(diǎn),就是當(dāng)如果調(diào)用v.insert(p,10) 想在p的位置插入10的,但出現(xiàn)了空間不足需要擴(kuò)容的情況后,p迭代器需要被更新,因?yàn)閿U(kuò)容后是新開(kāi)的一塊空間,但p還指向原來(lái)的空間,所以會(huì)出現(xiàn)野迭代器的情況;而解決方案是,我們先記錄相對(duì)位置,即len = _start到pos位置的距離,最后再讓pos走到相對(duì)位置處即pos = _start +len最后再返回pos即可;
上面標(biāo)色的是特殊的迭代器失效的情況;下面是實(shí)現(xiàn)insert的思路:
1. 首先判斷空間是否充足,因?yàn)槟阋迦霐?shù)據(jù);
2. 插入數(shù)據(jù)前需要把數(shù)據(jù)往后挪,然后再在pos位置插入數(shù)據(jù);
3. 最后記得讓_finish++, 因?yàn)椴迦霐?shù)據(jù)后容量發(fā)生變化;如下代碼所示:
iterator insert(iterator pos, const T& v) { if (_finish == _end_of_storage) { //記下相對(duì)位置,因?yàn)閿U(kuò)容會(huì)讓迭代器失效,成為野迭代器 size_t len = pos - _start; reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); pos = _start + len; } iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *pos = v; ++_finish; return pos; }
erase的實(shí)現(xiàn):
erase也會(huì)出現(xiàn)迭代器失效的問(wèn)題,如果說(shuō)編譯器出現(xiàn)縮容的情況下也會(huì)出現(xiàn)和上面insert的一樣,而且還有一種情況就是如果說(shuō)erase了某個(gè)迭代器,那么我們就不能對(duì)這個(gè)迭代器進(jìn)行訪問(wèn),因?yàn)榫幾g器會(huì)強(qiáng)行檢察報(bào)錯(cuò),他們不允許再使用一個(gè)調(diào)用了erase且未更新的迭代器;如下代碼所示:
void testErase() { std:: vector<int>v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) { v.erase(it); } else { ++it; } } }
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調(diào)試結(jié)果為:
直接崩掉了,但我們加上it = v.erase更新他的話(huà)就可以過(guò);如下代碼所示:
void testErase() { std:: vector<int>v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) { it = v.erase(it); } else { ++it; } } }
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運(yùn)行結(jié)果為:
所以由此可見(jiàn)erase的返回值應(yīng)該是個(gè)迭代器,那么我們就可以來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的erase;
實(shí)現(xiàn)思路:
1、首先要判斷pos的位置不能不在有效數(shù)據(jù)內(nèi)
2、刪除操作和順序表一樣,直接讓后面的數(shù)覆蓋需要?jiǎng)h除的數(shù)即可;
3、最后需要--finish 因?yàn)閯h掉了數(shù)據(jù),然后還要返回pos;如下代碼所示:
iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start); assert(pos < _finish); auto it = pos + 1; while (it != end()) { *(it - 1) = *it; ++it; } --_finish; return pos; }
2.8 方括號(hào)重載即下標(biāo)訪問(wèn)
直接返回對(duì)應(yīng)下標(biāo)的值即可直接上代碼:
T& operator[](size_t i) { assert(i < size()); return _start[i]; } const T& operator[](size_t i)const { assert(i < size()); return _start[i]; }
2.9 實(shí)現(xiàn)Print_vector操作
打印值其實(shí)很簡(jiǎn)單,但是里面有一點(diǎn)需要注意的是:在沒(méi)有實(shí)例化的類(lèi)模板里,編譯器不能區(qū)分const_iterator是類(lèi)型還是靜態(tài)成員變量所以需要在前面加個(gè)typename,還有另外的解決方案如下代碼所示:
template<class T> void Print_vector(const vector<T>& v) { // 規(guī)定,沒(méi)有實(shí)例化的類(lèi)模板里面取東西,編譯器不能區(qū)分這里const_iterator // 是類(lèi)型還是靜態(tài)成員變量,需要在前面加個(gè)typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //或者換一種 //auto it = v.begin(); //第一種遍歷vector容器 while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //第二種遍歷vector容器 //for (auto e : v) //{ // cout << e << " "; //} //cout << endl; }
2.10 實(shí)現(xiàn)打印所有容器(加餐)
template <class Container> void Print_Container(const Container& v) { for (auto e : v) { cout << e << " "; } cout << endl; }
3. 完整的vector實(shí)現(xiàn)代碼如下
vector.h
#pragma once #include<iostream> #include<assert.h> #include <vector> namespace Tao { using namespace std; template<class T> class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; //構(gòu)造函數(shù) //這個(gè)是前置構(gòu)造函數(shù) vector() = default; vector(const vector<T>& v) { for (auto e : v) { push_back(e); } } template<class InterIterator> vector(InterIterator first, InterIterator last) { while (first != last) { push_back(*(first)); ++first; } } ~vector() { if (_start) delete[]_start; _start = nullptr; _finish = nullptr; _end_of_storage = nullptr; } 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& operator=(vector<T> v) { swap(v); return *this; } iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin() const { return _start; } const_iterator end() const { return _finish; } size_t capacity()const { return _end_of_storage - _start; } size_t size()const { return _finish - _start; } bool empty() { return _start == _finish; } //reserve開(kāi)空間 void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t old_size = size(); T* temp = new T[n]; //memcpy(temp, _start, size() * sizeof(T)); for (size_t i = 0; i < old_size; i++) { temp[i] = _start[i]; } delete[]_start; _start = temp; //_finish = temp + size();//這個(gè)是錯(cuò)誤的示范,因?yàn)閐elete掉_start了, //那temp = _strt +size()(_finish-_start) 就為_(kāi)finish,但是finish為NULL //因?yàn)橐呀?jīng)被釋放了 _finish = temp + old_size; _end_of_storage = temp + n; } } void push_back(const T& x) { if (_finish == _end_of_storage) { reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); } (*_finish) = x; _finish++; } void pop_back() { assert(!empty()); --_finish; } void resize(size_t n, T val = T()) { if (n < size()) { _finish = _start + n; } //這里包括兩種情況,一種是 size < n < capacity; //還有一種是capacity < n 那就需要拿n來(lái)進(jìn)行擴(kuò)容操作,而這步操作在reserve(n) //會(huì)實(shí)現(xiàn) else { reserve(n); while (_finish < _start + n) { *_finish = val; _finish++; } } } iterator insert(iterator pos, const T& v) { if (_finish == _end_of_storage) { //記下相對(duì)位置,因?yàn)閿U(kuò)容會(huì)讓迭代器失效,成為野迭代器 size_t len = pos - _start; reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); pos = _start + len; } iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *pos = v; ++_finish; return pos; } iterator erase(iterator pos) { assert(pos >= _start); assert(pos < _finish); auto it = pos + 1; while (it != end()) { *(it - 1) = *it; ++it; } --_finish; return pos; } T& operator[](size_t i) { assert(i < size()); return _start[i]; } const T& operator[](size_t i)const { assert(i < size()); return _start[i]; } private: //有三個(gè)迭代器 iterator _start = nullptr; //指向開(kāi)頭 iterator _finish = nullptr; //指向有效元素末尾后一個(gè)位置 iterator _end_of_storage = nullptr; //指向有效空間末尾 }; template<class T> void Print_vector(const vector<T>& v) { // 規(guī)定,沒(méi)有實(shí)例化的類(lèi)模板里面取東西,編譯器不能區(qū)分這里const_iterator // 是類(lèi)型還是靜態(tài)成員變量,需要在前面加個(gè)typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //或者換一種 //auto it = v.begin(); //第一種遍歷vector容器 while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //第二種遍歷vector容器 //for (auto e : v) //{ // cout << e << " "; //} //cout << endl; } template <class Container> void Print_Container(const Container& v) { for (auto e : v) { cout << e << " "; } cout << endl; }
總結(jié)
到此這篇關(guān)于C++中vector實(shí)現(xiàn)的文章就介紹到這了,更多相關(guān)C++ vector的實(shí)現(xiàn)內(nèi)容請(qǐng)搜索腳本之家以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章希望大家以后多多支持腳本之家!
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