今天小编给大家分享一下C++模拟实现vector的方法的相关知识点，内容详细，逻辑清晰，相信大部分人都还太了解这方面的知识，所以分享这篇文章给大家参考一下，希望大家阅读完这篇文章后有所收获，下面我们一起来了解一下吧。
1. 模拟实现vector
我们模拟实现是为了加深对这个容器的理解，不是为了造更好的轮子。
快速搭一个vector的架子
// vector.h#pragma once#include <assert.h>// 模拟实现 -- 加深对这个容器理解，不是为了造更好的轮子namespace Yuucho{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector():_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr){} // 迭代器区间来构造，用模板的原因是存储的类型多种多样 template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);++first;}} // 用n个T去构造，但是会隐藏匹配问题 vector(size_t n, const T& val = T()): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}} void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);} //拷贝构造函数 vector(const vector<T>& v): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr){vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);}// 拷贝赋值函数vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;} // 资源管理 ~vector() { if(_start) { delete[] _start; _start = _finish = _endofstorage = nullptr; } }iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}// 默认是内联，频繁调用不用担心栈帧消耗size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}void reserve(size_t n){}//void resize(size_t n, const T& val = T())void resize(size_t n, T val = T()){}void push_back(const T& x){}void pop_back(){}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){} void clear() { _finish = _start; }private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;};}2. vector常用接口
2.1 reserve
跟string的扩容思路一样。一般不考虑缩容(n<capacity)，因为这是时间换空间的做法，我们要的是效率。
错误代码:
void reserve(size_t n){ // 一般不考虑缩容(n<capacity) if(n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; // capacity为0,n就是4(_endofstorage、_start都为nuptr) // 有数据才拷贝 if(_start) { memcpy(tmp, _start, size()*sizeof(T)); delete[] _start; } _start = tmp; // 注意,这里start位置变了 } // 更新_finish、_endofstorage _finish = _start + size(); // size():_finish - _start, _finish还是空指针 _endofstorage = _start + capacity; //capacity起始为0,也不对}修正后的代码:
void reserve(size_t n){ // 记录size size_t sz = size(); if(n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; if(_start) { //memcpy还会隐藏更深层次的深浅拷贝问题，讲解在最后 memcpy(tmp, _start, size()*sizeof(T)); delete[] _start; } _start = tmp; // 注意,这里start位置变了 } // 更新_finish、_endofstorage _finish = _start + sz; _endofstorage = _start + n;}2.2 resize
resize是开空间+初始化，size_type就是size_t，value_type就是T。
C++模板出来了语法就必须支持内置类型的默认构造、析构函数。
int() // 默认构造是0
double() // 默认构造是0.0
int*() // 默认构造是nullptr
思路与string一样
//void resize(size_t n, const T& val = T()) 严格的编译器编不过,它认为T是临时对象// 按照库里的写法void resize(size_t n, T val = T()) // T类型的匿名对象，默认构造函数很重要,内置类型咋办？{ if (n > capacity()){reserve(n);}if (n > size()) {while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}} // n < capacity就是删除数据else{_finish = _start + n;}}2.3 push_back
void push_back(const T& x){ // 满了先扩容 if(_finish == _endofstorage) { size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newCapacity); } // 插入数据 *_finish = x; ++_finish;}复用insert:
void push_back(const T& x){ insert(end(), x);}2.4 pop_back()
void pop_back(){ // 如果不为空 if(_finish > _start) { --_finish; }}复用erase:
void pop_back(){ erase(end()-1);}2.5 insert
库里面的insert是带返回值的，我们先不管，先写一个没有返回值的看看。
void insert(iterator pos, const T& x){// 检查参数assert(pos >= _start && pos <= _finish);// 扩容if (_finish == _endofstorage){size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);}// 挪动数据iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;}(1) 迭代器失效第一种场景
yeahbaby，现在我们就可以来讲讲迭代器失效的问题了，嘿嘿嘿。
如果插入时没有扩容，ok，那还好说，没有问题。
如果扩容了，reserve会去更新_start和_finish，而不会去更新pos(pos还是会指向旧空间，迭代器发生了野指针问题)。在VS环境下，会用断言暴力检查出来的。在Linux环境下，检查不出来这种情况，甚至对原来的it仍然可读可写。
ok，那我们在扩容时更新一下pos：
if (_finish == _endofstorage){size_t n = pos - _start;size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);pos = _start + n;}(2)另一种场景
void test_vector1(){// 在所有的偶数的前面插入2vector<int> v;//v.reserve(10);v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.insert(it, 20);++it;}++it;}for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}}运行结果
导致断言错误的原因是啥？为什么不能在2的前面插入20？
同样的道理，虽然我们修正了pos，但是我们是值传递，形参不会改变实参。所以it仍然是野指针。在VS环境下，会用断言暴力检查出来的。在Linux环境下，检查不出来这种情况，甚至对原来的it仍然可读可写。
有小伙伴就会说了，传引用不就行了吗？
我们是不会用引用的，官方库也没有用引用。因为我要传的是像v.begin()这样的临时对象怎么办。
更悲伤的是就算我提前把空间给你开好，保证插入时不需要扩容还是会出现问题。因为insert是在2之前插入20，++it后it仍指向2，这样就导致不断地在2之前插入20。这也是迭代器失效的一种场景。
修正后的代码:
用返回值解决，官方库里返回的是指向新插入的第一个元素的迭代器。 那我们也这样返回。
iterator insert(iterator pos, const T& x){// 检查参数assert(pos >= _start && pos <= _finish);// 扩容// 扩容以后pos就失效了,需要更新一下if (_finish == _endofstorage){size_t n = pos - _start;size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);pos = _start + n;}// 挪动数据iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}此时我们这样使用就行：
while (it != v.end()){ if(*it % 2 == 0) { // 返回新插入的第一个元素的迭代器 it = v.insert(it, 20); //还是指向2 ++it; } // 指向2的后一位 ++it;}运行结果
2.6 erase
一般vector删除数据，都不考虑缩容的方案。
缩容方案：size() < capacity()/2时，可以考虑开一个size()大小的空间，拷贝数据，释放旧空间。
缩容方案本质是时间换空间。一般设计都不会考虑缩容，因为实际比较关注时间效率，不关注空间效率，因为现在硬件设备空间都比较大，空间存储也比较便宜。
我们这里不考虑缩容方案。
erase返回最后一个被释放元素的后一个元素的新位置。
iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != _finish){*(it - 1) = *it;++it;}//erase最后一个数据，则pos==_finish，pos真失效了，但仍然属于这个容器--_finish;return pos;}VS中的vector也没有考虑缩容方案，但是它对pos(如果缩容，pos就是野指针)进行了断言检查，不允许访问和写入。
(1)erase迭代器的失效都是意义变了，或者不在有效访问数据的范围。
(2)一般不会使用缩容的方案，那么erase的失效，一般也不存在野指针的失效。
erase(pos)以后pos失效了，pos的意义变了，但是不同平台下面对访问pos的反应不一样。VS会强制检查，Linux则没有严格的检查机制。我们用的时候一定要小心，统一以失效角度去看待。
erase迭代器意义变了的场景(假设我们要删除容器中的偶数)：
2.7 构造函数的匹配问题
迭代器区间的构造函数的参数要求是同类型的，而第一个构造函数的第一个参数是size_t，int会涉及隐式类型转换。所以参数为(10,2)的会匹配迭代器区间的构造函数，而参数为(10, ‘x’)的会匹配第一个构造函数。
这里就会导致int类型被当作迭代器解引用，本质上是发生了构造函数的错配问题。
解决方法：
源码是通过再写一个第一个参数为int类型的构造函数来解决的。
vector(int n, const T& val = T()): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}3. 更深层次的深浅拷贝问题
以杨辉三角为例：
class Solution {public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { vector<vector<int>> vv; // 先开辟杨辉三角的空间 vv.resize(numRows); //初始化每一行 for(size_t i = 0; i < numRows; ++i) { //每行个数依次递增 vv[i].resize(i+1, 0); // 每一行的第一个和最后一个都是1 vv[i][0] = 1; vv[i][vv[i].size()-1] = 1; } for(size_t i = 0; i < vv.size(); ++i) { for(size_t j = 0; j < vv[i].size(); ++j) { if(vv[i][j] == 0) { //之间位置等于上一行j-1和j个相加 vv[i][j] = vv[i-1][j-1] + vv[i-1][j]; } } } return vv; }};我们自己写的vector去跑这里的杨辉三角会出现问题。
void test_vector2(){vector<vector<int>> ret = Solution().generate(5);for (size_t i = 0; i < ret.size(); ++i){for (size_t j = 0; j < ret[i].size(); ++j){cout << ret[i][j] << " ";}cout << endl;}cout << endl;}为了方便大家理解，我们把扩容的代码拿下来。
void reserve(size_t n){ // 记录size size_t sz = size(); if(n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; if(_start) { memcpy(tmp, _start, size()*sizeof(T)); delete[] _start; } _start = tmp; // 注意,这里start位置变了 } // 更新_finish、_endofstorage _finish = _start + sz; _endofstorage = _start + n;}vector<vector<int>> ret = Solution().generate(5);会去调用拷贝构造，拷贝构造又去调用了迭代器的区间构造函数，迭代器区间构造函数又去调用了push_back，push_back又去调用了reserve。
因为push_back我们第一次开的空间是4，所以前4次的push_back都不会有问题，第5次push_back去调用reserve时就会出现问题。
因为扩容的时候tmp会把前4组的vector<int>数据memcpy下来，而memcpy是浅拷贝，拷贝下来的数据和原来的数据指向的是同一块空间。关键是memcpy后又delete了旧空间，导致插入第5个vector<int>时前4组的数据被释放了，成了野指针。
解决方法:
拷贝的时候不要用memcpy，使用拷贝赋值函数来完成，因为赋值函数会帮我们完成深拷贝。
void reserve(size_t n){ // 记录size size_t sz = size(); if(n > capacity()) { T* tmp = new T[n]; if(_start) { //防止浅拷贝问题3 for (size_t i = 0; i < size(); ++i){tmp[i] = _start[i];} delete[] _start; } _start = tmp; // 注意,这里start位置变了 } // 更新_finish、_endofstorage _finish = _start + sz; _endofstorage = _start + n;}以上就是“C++模拟实现vector的方法”这篇文章的所有内容，感谢各位的阅读！相信大家阅读完这篇文章都有很大的收获，小编每天都会为大家更新不同的知识，如果还想学习更多的知识，请关注编程网行业资讯频道。
