【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;
}