【C++】vector容器的模拟实现

目录

一，框架设计

二，构造函数

三，析构函数

四，赋值运算符

五，容器接口的实现

1，迭代器实现

2，“ []?”运算符的实现

3，swap交换和resize重设大小

4，insert插入和erase删除

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介绍：

? ? ? ? 本文，我们重点实现vector容器的用法，这里要注意的是vector容器可以接纳任意类型，所以，在实现的时候需使用模板来控制。模拟实现vector重点还要放在构造、析构和赋值运算符重载。

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一，框架设计

? ? ? ? vector容器设置中，由于需要接纳各种类型，因此，在框架设计中需要使用模板。除此之外，要想访问未知类型数据，需要使用迭代器来访问。这里，我们设置三个迭代器，分别指向数据块开始位置、有效数据的末尾、存储容量的末尾。

template<class T>
class vector
{
public:
? ? typedef T* iterator;? ? ? ? ? ?//数据迭代器
? ? typedef const T* const_iterator;? ?//常量迭代器
private:
? ? iterator _start;? ? ? ? ? ? ? ? ? // 指向数据块的开始
? ? iterator _finish;? ? ? ? ? ? ? ? // 指向有效数据的尾
? ? iterator _endOfStorage;? // 指向存储容量的尾
};

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二，构造函数

? ? ? ? 在使用构造函数之前，我们首先要考虑基础的算法设置以方便使用：reverse扩容、capacity容器容量、size容器大小、push_back增添元素、pop_back删除元素。

//获取容器大小

size_t size() const
{
? ? return _finish - _start;
}

//获取容器容量
size_t capacity() const
{
? ? return _endOfStorage - _start;
}

//容器扩容

void reserve(size_t n)
{
? ? if (n > capacity())? ? //只能增容不能缩小
? ? {
? ? ? ? int newsize = size();
? ? ? ? T* tem = new T[n];
? ? ? ? memcpy(tem, _start, sizeof(T) * newsize);
? ? ? ? if (_start)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? delete[] _start;
? ? ? ? }
? ? ? ? _start = tem;
? ? ? ? _finish = _start + newsize;
? ? ? ? _endOfStorage = _start + n;
? ? }
}

//增添数据

void push_back(const T& x)
{
? ? if (capacity() == size())? ?//这里要注意容量是否够用
? ? {
? ? ? ? int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
? ? ? ? reserve(newcapacity);
? ? }
? ? int newsize = size();
? ? _start[newsize] = x;
? ? _finish++;
}

//删除数据

void pop_back()
{
? ? assert(size() > 0);? ?//这里要注意容器是否为空
? ? _finish--;
}

普通构造函数? ? ??

? ? ? ? 首先，我们先实现无任何传入值的构造函数。这种情况只需初始化容器的各种数据即可，不需要做任何增添。

vector()
{
? ? _start = _finish = _endOfStorage = nullptr;? ?//直接将数据设为空
}

? ? ? ? 第二种构造方式这里模拟实现构造n个数据，如：vector<int>v(5,8)初始化为5个8。

vector(int n, const T& value = T())
{
? ? reserve(n);? ? ??//这里要先进行扩容
? ? for (int i = 0; i < n; i++)
? ? {
? ? ? ? push_back(value);??
? ? }
}

? ? ? ? 第三种构造方式模拟实现迭代器的方式进行构造。因为数据类型未知，所以这里还需要使用模板。

//这里迭代器要使用模板

template<class InputIterator>? ?

//first指向开始位置，last指向终点的下一位
vector(InputIterator first, InputIterator last)??
{
? ? int newsize = last - first;??
? ? reserve(newsize);
? ? for (int i = 0; i < newsize; i++)
? ? {
? ? ? ? push_back(*(first + i));
? ? }
}

拷贝构造函数

? ? ? ? 原理跟普通构造函数实现的机制一样，这里就不做过多说明，直接实现代码，如下：

vector(const vector<T>& v)
{
? ? int newsize = v.capacity();
? ? reserve(newsize);
? ? for (int i = 0; i < newsize; i++)
? ? {
? ? ? ? push_back(v._start[i]);
? ? }
}

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三，析构函数

? ? ? ? 析构函数在释放空间之后要记得将数据初始化，以保证安全性。

~vector()
{
? ? delete[] _start;
? ? _start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}

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四，赋值运算符

? ? ? ? 赋值运算符的实现跟拷贝构造函数实现机制相同。实现拷贝后要返回拷贝后的容器，以便实现连续赋值的情况。

vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
? ? int newsize = v.capacity();
? ? reserve(newsize);
? ? for (int i = 0; i < newsize; i++)
? ? {
? ? ? ? push_back(v._start[i]);
? ? }
? ? return *this;
}

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五，容器接口的实现

1，迭代器实现

? ? ? ? 这里实现begin()、end()、cbegin()、cend()四种常用的迭代器。

//begin()和end()的实现

iterator begin()
{
? ? return _start;
}
iterator end()
{
? ? return _finish;
}

//cbegin()和cend()常量迭代器的实现
const_iterator cbegin() const
{
? ? const_iterator p = (const_iterator)_start;
? ? return p;
}
const_iterator cend() const
{
? ? const_iterator p = (const_iterator)_finish;
? ? return p;
}

2，“ []?”运算符的实现

? ? ? ? “ []?” 运算符实现分为两种，一种是变量的实现，一种是常量const的实现。

//变量实现

T& operator[](size_t pos)
{
? ? assert(pos >= 0 && pos < size());
? ? return _start[pos];
}

//常量实现
const T& operator[](size_t pos)const
{
? ? assert(pos >= 0 && pos < size());
? ? const T tem = (const T)_start[pos];
? ? return tem;
}

3，swap交换和resize重设大小

? ? ? ? swap接口实现机制是容器的全部数据实现交换。resize实现时要考虑参数大于容器大小和小于容器大小时的不同情况。

//交换算法

void swap(vector<T>& v)
{
? ? std::swap(_start, v._start);
? ? std::swap(_finish, v._finish);
? ? std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}

//设定大小算法

void resize(size_t n, const T& value = T())
{
? ? assert(n >= 0);? //防止错误操作
? ? if (n < size())? //小于容器大小时的情况
? ? {
? ? ? ? _finish = _start + n;
? ? }
? ? else? ? ?//大于等于容器大小时的情况
? ? {
? ? ? ? reserve(n);
? ? ? ? for (int i = 0; i < n - size(); i++)
? ? ? ? {
? ? ? ? ? ? push_back(value);
? ? ? ? }
? ? }
}

4，insert插入和erase删除

? ? ? ? 这里实现insert插入要注意的是选择位置时，因为不确定数据类型，因此要在指定迭代器的位置进行插入，最后返回该位置的迭代器。

? ? ? ? erase删除位置与insert插入位置一样，删除迭代器所指向的位置，最后返回该位置的迭代器。

//插入算法，在pos位置下插入数据x

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{

? ??//要考虑指定插入的位置在合理范围之内
? ? assert(pos >= _start && pos < _finish);
? ? if (size() == capacity())
? ? {
? ? ? ? reserve(size() + 1);
? ? }
? ? for (iterator it = _finish - 1; it >= pos; it--)
? ? {
? ? ? ? *(it + 1) = *(it);
? ? }
? ? *pos = x;
? ? return pos;
}

//删除算法，删除pos位置下的数据
iterator erase(iterator pos)
{

? ? //要考虑指定删除的位置在合理范围之内
? ? assert(size() > 0);
? ? assert(pos >= _start && pos < _finish);
? ? for (iterator i = pos; i < _finish - 1; i++)
? ? {
? ? ? ? *(i) = *(i + 1);
? ? }
? ? _finish--;
? ? return pos;
}