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vector介绍
vector的使用
vector的模拟实现

vector介绍

vector是表示可变大小数组的序列容器。
vector就像数组一样，也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
当新元素插入，vector需要重新分配大小时，其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组当中，并释放原来的数组空间。
vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因此存储空间比实际需要的存储空间一般更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数的时间复杂度完成的。
由于vector采用连续的空间来存储元素，与其他动态序列容器相比，vector在访问元素的时候更加高效，在其末尾添加和删除元素相对高效，而对于不在其末尾进行的删除和插入操作效率则相对较低。

vector的使用

在这里插入图片描述
vector底层是一个类模板，当我们定义的时候，需要显示实例化类型。

vector的定义

方式一： 构造一个某类型的空容器。

vector<int> v1; //构造int类型的空容器

方式二： 构造一个含有n个val的某类型容器。

vector<int> v2(10, 2); //构造含有10个2的int类型容器

方式三： 拷贝构造某类型容器。

vector<int> v3(v2); //拷贝构造int类型的v2容器

方式四： 使用迭代器拷贝构造某一段内容。

vector<int> v4(v2.begin(), v2.end()); //使用迭代器拷贝构造v2容器的某一段内容

注意：该方式也可用于拷贝其他容器的某一段内容。

string s("hello world");
vector<char> v5(s.begin(), s.end()); //拷贝构造string对象的某一段内容

vector iterator(迭代器) 的使用

在这里插入图片描述

begin和end

通过begin函数可以返回容器中第一个元素的迭代器，通过end函数可以返回容器中最后一个元素的后一个位置的迭代器。

我们这提前介绍一下push_back()的使用。
通过push_back函数对容器进行尾插

void test_vector1()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	//正向迭代器遍历容器
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
    
    
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

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rbegin和rend

通过rbegin函数可以得到容器中最后一个元素的反向迭代器，通过rend函数可以得到容器中第一个元素的前一个位置的反向迭代器。

注意：反向迭代器的书写：reverse_iterator

void test_vector2()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	//反向迭代器遍历容器
	vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();
	while (it != v.rend())
	{
    
    
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

vector 空间增长问题

size和capacity

通过size函数获取当前容器中的有效元素个数，通过capacity函数获取当前容器的最大容量。

void test_vector3()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	cout << v.size() << endl;//获取当前容器中的有效元素个数
	cout << v.capacity() << endl;//获取当前容器的最大容量
}

在这里插入图片描述

reserve和resize（重点）

通过reserve函数改变容器的最大容量(capacity)，resize函数改变容器中的有效元素(size)个数。

reserve规则：
1、当所给值大于容器当前的capacity时，将capacity扩大到该值。
2、当所给值小于容器当前的capacity时，什么也不做。

resize规则：
1、当所给值大于容器当前的size时，将size扩大到该值，扩大的元素为第二个参数所给值，若未给出，则默认为0。
2、当所给值小于容器当前的size时，将size缩小到该值。（注意：不会改变capacity的大小，即不会缩容）

void test_vector4()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	cout << v.size() << endl;//5
	cout << v.capacity() << endl << endl;//6

	//reserve
	// 大于容器当前的capacity时
	v.reserve(10);
	cout << v.size() << endl;//size不变   5
	cout << v.capacity() << endl << endl; //改变容器的capacity为10，

	// 比当前容量小时，不缩容
	v.reserve(4);
	cout << v.size() << endl;//size不变   5
	cout << v.capacity() << endl << endl;//不变   10

	//resize
	v.resize(8);
	cout << v.size() << endl;//改变容器的size为8
	cout << v.capacity() << endl << endl;//10

	v.resize(15, 1);
	cout << v.size() << endl;//改变容器的size为15，扩大的元素用1初始化
	cout << v.capacity() << endl << endl;//15

	v.resize(3);//不會縮容
	cout << v.size() << endl;//size缩小到3
	cout << v.capacity() << endl << endl;//不变  15
}

测试vector的默认扩容机制

测试代码

void TestVectorExpand()
{
    
    
	size_t sz;
	vector<int> v;

	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
    
    
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
    
    
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

在vs环境下运行结果：
在这里插入图片描述

在Linux环境下运行结果：
在这里插入图片描述
这段代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按大概1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。
这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。

empty

通过empty函数判断当前容器是否为空。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    
    
	vector<int> v(10, 2);
	cout << v.empty() << endl;
	return 0;
}

vector的增删查改

push_back和pop_back

通过push_back函数对容器进行尾插，pop_back函数对容器进行尾删。

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);

	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();

	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

insert和erase

通过insert函数可以在所给迭代器位置之前插入一个或多个元素，通过erase函数可以删除所给迭代器位置的元素，或删除所给迭代器区间内的所有元素（左闭右开）。
在这里插入图片描述

void test_vector6()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.insert(v.begin(), 0); //在容器开头插入0
	v.insert(v.begin()+3, 5, 1); //在3位置之前插入5个1
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.erase(v.begin()); //删除容器中的第一个元素
	v.erase(v.begin()+2, v.begin() + 7); //删除在该迭代器区间内的元素（左闭右开）
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述
以上是按位置进行插入或删除元素的方式，若要按值进行插入或删除（在某一特定值位置进行插入或删除），则需要用到find函数。

find

功能： 查找。
注意： find函数是算法模块实现，不是vector的成员接口，vector的成员接口中没有find。

find函数共三个参数，前两个参数确定一个迭代器区间（左闭右开），第三个参数确定所要寻找的值。
find函数在所给迭代器区间寻找第一个匹配的元素，并返回它的迭代器，若未找到，则返回所给的第二个参数。

void test_vector7()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//在3位置之前插入一个30
	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3); //获取值为3的元素的迭代器
	if (it != v.end())
	{
    
    
		v.insert(it, 30);
	}
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	
	//删除30
	it = find(v.begin(), v.end(), 30); //获取值为30的元素的迭代器
	if (it != v.end())
	{
    
    
		v.erase(it);
	}
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

swap

通过swap函数可以交换两个容器的数据空间，实现两个容器的交换。

void test_vector8()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	cout << "交换之前的v: ";
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int> v1;
	v1.push_back(10);
	v1.push_back(20);
	v1.push_back(30);
	cout << "交换之前的v1: ";
	for (const auto& e : v1)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl << endl;

	v1.swap(v);//交换v1,v的数据空间
	
	cout << "交换之后的v: ";
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "交换之后的v1: ";
	for (const auto& e : v1)
	{
    
    
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

}

在这里插入图片描述

operator[] 元素访问（重点）

vector当中实现了 [ ] 操作符的重载，因此我们也可以通过“下标+[ ]”的方式对容器当中的元素进行访问。

void test_vector9()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//使用“下标+[]”的方式遍历容器
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
    
    
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//使用“下标+[]”的方式遍修改容器内的数据
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
    
    
		 v[i]++;
	}
	cout << endl;

	//使用“下标+[]”的方式遍历容器
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
    
    
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

vector 迭代器失效问题（重点）

迭代器的主要作用就是让我们在使用各个容器时不用关心其底层的数据结构，而vector的迭代器在底层实际上就是一个指针。迭代器失效就是指迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而指向的是一块已经被释放的空间，如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃。

迭代器失效问题举例

实例一：

void test_vector10()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	//v: 1 2 3 4 
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //获取值为2的元素的迭代器
	if (pos != v.end())
	{
    
    
		v.insert(pos, 10); //在值为2的元素的位置前插入10
	}
	
	//v: 1 10 2 3 4 
	v.erase(pos); //删除元素2 ？？？error（迭代器失效）
	//v: 1 2 3 4 
}

在该代码中，我们本意是使用元素2的迭代器在原序列中2的位置插入一个10，然后将2删除，但我们实际上获取的是指向2的指针，当我们在2的位置插入10后，该指针就指向了10，所以我们之后删除的实际上是10，而不是2。

实例二：

void test_vector11()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
    
    
		if (*it % 2 == 0) //删除容器当中的全部偶数
		{
    
    
			v.erase(it);
		}
		it++;
	}
}

该代码看上去实际上并没有什么错误，但如果你画图仔细分析，你就会发现该代码的问题所在，迭代器访问到了不属于容器的内存空间，导致程序崩溃。
请添加图片描述
不仅如此，而且在迭代器遍历容器中的元素进行判断时，并没有对3元素进行判断。

迭代器失效解决方法

使用迭代器时，永远记住一句话：每次使用前，对迭代器进行重新赋值。

实例一解决方案：

void test_vector10()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	//v: 1 2 3 4 
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //获取值为2的元素的迭代器
	if (pos != v.end())
	{
    
    
		v.insert(pos, 10); //在值为2的元素的位置前插入10
	}
	
	pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //重新获取值为2的元素的迭代器
	v.erase(pos); //删除元素2
	//v: 1 10 3 4 
}

对于实例一，我们在使用迭代器删除元素2时对其进行重新赋值便可以解决。

实例二解决方案：

void test_vector11()
{
    
    
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
    
    
		if (*it % 2 == 0) //删除容器当中的全部偶数
		{
    
    
			it = v.erase(it); //删除后获取下一个元素的迭代器
		}
		else
		{
    
    
			it++; //是奇数则it++
		}

	}
}

对于实例二，我们可以接收erase函数的返回值（erase函数返回删除元素的后一个元素的新位置），并且控制代码的逻辑：当元素被删除后继续判断该位置的元素（因为该位置的元素已经更新，需要再次判断）。

总结

以上就是对vector常用接口的使用的概述啦，其实学完string之后，我们对于vector的使用很快就会上手的。

vector的模拟实现

vector当中的成员变量介绍

在模拟实现string中，我们定义了以下三个成员变量
在这里插入图片描述
在vector当中也有三个成员变量_start、_finish、_endofstorage。
他们的类型是一个迭代器如下：

他们与string中三个成员变量的对应关系如图：

vector模拟实现接口函数预览

namespace cl
{
    
    
	//模拟实现vector
	template<class T>
	class vector
	{
    
    
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
		
		//迭代器相关函数
		iterator begin();
		iterator end();
		const_iterator begin()const;
		const_iterator end()const;

		//访问容器相关函数
		T& operator[](size_t i);
		const T& operator[](size_t i)const;

		//默认成员函数
		vector();                                           //构造函数
		vector(int n, const T& val = T())					//构造函数
		vector(size_t n, const T& val = T());               //构造函数
		template<class InputIterator>                      
		vector(InputIterator first, InputIterator last);    //构造函数
		
		vector(const vector<T>& v);                         //拷贝构造函数
		
		vector<T>& operator=(const vector<T>& v);           //赋值运算符重载函数
		~vector();                                          //析构函数

		//容量和大小相关函数
		size_t size()const;
		size_t capacity()const;
		void reserve(size_t n);
		void resize(size_t n, const T& val = T());
		bool empty()const;

		//修改容器内容相关函数
		void push_back(const T& x);
		void pop_back();
		iterator insert(iterator pos, const T& x);
		iterator erase(iterator pos);
		void swap(vector<T>& v);
		void clear()


	private:
		iterator _start;        //指向容器的头
		iterator _finish;       //指向有效数据的尾
		iterator _endofstorage; //指向容器的尾
	};
}

注：为了防止与标准库当中的vector产生命名冲突，模拟实现时需放在自己的命名空间当中。

默认成员函数

构造函数1

vector首先支持一个无参的构造函数，对于这个无参的构造函数，我们直接将构造对象的三个成员变量都设置为空指针即可。

vector()
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    }

构造函数2

其次，vector还支持使用一段迭代器区间进行对象的构造。因为该迭代器区间可以是其他容器的迭代器区间，也就是说该函数接收到的迭代器的类型是不确定的，所以我们这里需要将该构造函数设计为一个函数模板，在函数体内将该迭代器区间的数据一个个尾插到容器当中即可。

template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    
	//将迭代器区间在[first,last)的数据一个个尾插到容器当中
	while (first != last)
	{
    
    
		push_back(*first);
		++first;
	}
}

构造函数3

此外，vector还支持构造这样一种容器，该容器当中含有n个值为val的数据。对于该构造函数，我们可以先使用reserve函数将容器容量先设置为n，然后使用push_back函数尾插n个值为val的数据到容器当中即可。

//构造
vector(size_t n, const T& val = T())
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    
	reserve(n);//调用reserve函数将容器容量设置为n
	for (size_t i = 0; i < n; ++i)
	{
    
    
		push_back(val);//尾插n个值为val的数据到容器当中
	}
}

注意：

该构造函数知道其需要用于存储n个数据的空间，所以最好用reserve函数一次性开辟好空间，避免调用push_back函数时需要增容多次，导致效率降低。
该构造函数还需要实现一个重载函数。

为什么还需要实现一个这种构造函数的重载函数呢？原因如下：

模拟实现构造函数调用不明确

1、问题描述

vector(size_t n, const T& val = T())//这里的形参用size_t就会引发这两个构造函数调用问题
    :_start(nullptr)
    , _finish(nullptr)
    , _endofstorage(nullptr)
{
    
    
    reserve(n);
    for (size_t i = 0; i < n; ++i)
    {
    
    
        push_back(val);
    }
}
 
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
    :_start(nullptr)
    , _finish(nullptr)
    , _endofstorage(nullptr)
{
    
    
    while (first != last)
    {
    
    
        push_back(*first);
        ++first;
    }
}

在这里插入图片描述
本意是想使用第一种构造方式，用5个6进行构造。编译器会根据形参调用最匹配的函数重载。
第三个构造函数的第一个形参是size_t，形参去匹配的话需要发生隐式类型转换。

但是这两个参数更匹配第二个构造函数（因为第二个模板可以为int，完全匹配），一旦走第二个构造函数，该构造函数内部是要对first进行解引用操作，所以编译器会报非法的间接寻址（解引用）错误。

2、解决调用不明确的方法
针对构造函数vector(size_t n, const T& val = T())，我们多重载一个vector(int n, const T& val = T())版本的构造函数即可解决该问题。

vector(int n, const T& val = T())
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    
	reserve(n);
	for (int i = 0; i < n; ++i)
	{
    
    
		push_back(val);
	}
}

拷贝构造函数

vector的拷贝构造函数涉及深拷贝问题，这里提供两种深拷贝的写法：

写法一：传统写法
拷贝构造的传统写法的思想是我们最容易想到的：先开辟一块与该容器大小相同的空间，然后将该容器当中的数据一个个拷贝过来即可，最后更新_finish和_endofstorage的值即可。

//传统写法
vector(const vector<T>& v)
	:_start(nullptr)
	,_finish(nullptr)
	,_endofstorage(nullptr)
{
    
    
	//开辟一块和容器v大小相同的空间
	_start = new T[v.capcity()];
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
    
    
		_start[i] = v[i];
	}
	_finish = _start + v.size(); //容器有效数据的尾
	_endofstorage = _start + v.capacity(); //整个容器的尾
}

写法二：现代写法
拷贝构造函数的现代写法也比较简单，首先构造出一个tmp，然后将两者交换。

//拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    
	vector<T> tmp(v.begin(), v.end());//利用v构造tmp
	swap(tmp);//交换
}

注意： 拷贝构造函数的现代写法也是进行的深拷贝，首先是调用第二类型的构造函数构造出一个新对象，然后在拷贝构造函数当中仅仅是将构造出来的新对象与左值进行了交换而已。

另一种写法：

vector(const vector<T>& v)
	:_start(nullptr)
	, _finish(nullptr)
	, _endofstorage(nullptr)
{
    
    
	reserve(v.capacity()); //调用reserve函数将容器容量设置为与v相同
	for (const auto& e : v)
	{
    
    
		push_back(e); //将容器v当中的数据一个个尾插过来
	}
}

赋值运算符重载函数

vector的赋值运算符重载当然也涉及深拷贝问题，我们这里也提供两种深拷贝的写法：

写法一：传统写法
首先判断是否是给自己赋值，若是给自己赋值则无需进行操作。若不是给自己赋值，则先开辟一块和容器v大小相同的空间，然后将容器v当中的数据一个个拷贝过来，最后更新_finish和_endofstorage的值即可。

//传统写法
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
    
    
	if (this != &v) //防止自己给自己赋值
	{
    
    
		delete[] _start; //释放原来的空间
		_start = new T[v.capacity()]; //开辟一块和容器v大小相同的空间
		for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) //将容器v当中的数据一个个拷贝过来
		{
    
    
			_start[i] = v[i];
		}
		_finish = _start + v.size(); //容器有效数据的尾
		_endofstorage = _start + v.capacity(); //整个容器的尾
	}
	return *this; //支持连续赋值
}

写法二：现代写法
赋值运算符重载的现代写法非常精辟，首先在传参时并没有使用引用传参，因为这样可以间接调用vector的拷贝构造函数，然后将这个拷贝构造出来的容器v与左值(this)进行交换，此时就相当于完成了赋值操作，而容器v会在该函数调用结束时自动析构。

vector<T>& operator=(vector<T> v)//编译器接收传参的时候自动调用其拷贝构造函数
{
    
    
	swap(v); //交换这两个对象
	return *this;//支持连续赋值
}

注意： 赋值运算符重载的现代写法也是进行的深拷贝，只不过是调用的vector的拷贝构造函数进行的深拷贝，在赋值运算符重载函数当中仅仅是将深拷贝出来的对象与左值进行了交换而已。

析构函数

对容器进行析构时，首先判断该容器是否为空容器，若为空容器，则无需进行析构操作，若不为空，则先释放容器存储数据的空间，然后将容器的各个成员变量设置为空指针即可。

~vector()
{
    
    
	delete[] _start;//释放容器存储数据的空间
	_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}

迭代器相关函数

vector当中的迭代器实际上就是容器当中所存储数据类型的指针。

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;

begin和end

ector当中的begin函数返回容器的首地址，end函数返回容器当中有效数据的下一个数据的地址。

iterator begin()
{
    
    
	return _start;
}

iterator end()
{
    
    
	return _finish;
}

我们还需要重载一对适用于const对象的begin和end函数，使得const对象调用begin和end函数时所得到的迭代器只能对数据进行读操作，而不能进行修改。

const_iterator begin() const
{
    
    
	return _start;
}

const_iterator end() const
{
    
    
	return _finish;
}

此时再让我们来看看vector使用迭代器的代码也就一目了然了，实际上就是使用指针遍历容器。

vector<int> v(5, 3);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
    
    
	cout << *it << " ";
	it++;
}
cout << endl;

现在我们实现了迭代器，实际上也就可以使用范围for遍历容器了，因为编译器在编译时会自动将范围for替换为迭代器的形式。

vector<int> v(5, 3);
//范围for进行遍历
for (const auto& e : v)
{
    
    
	cout << e << " ";
}
cout << endl;

访问容器相关函数

operator[ ]

vector也支持我们使用“下标+[ ]”的方式对容器当中的数据进行访问，实现时直接返回对应位置的数据即可。

//可读可写
T& operator[](size_t pos)
{
    
    
	assert(pos < size());
	return _start[pos];
}
//只读
const T& operator[](size_t pos) const
{
    
    
	assert(pos < size());
	return _start[pos];
}

注意： 重载运算符[ ]时需要重载一个适用于const容器的，因为const容器通过“下标+[ ]”获取到的数据只允许进行读操作，不能对数据进行修改。

容量和大小相关函数

size和capacity

对照着vector当中三个成员遍历各自的指向，我们可以很容易得出当前容器中的有效数据个数和最大容量。
在这里插入图片描述

由于区间是左闭右开的，所以两个指针相减的结果，就是这两个指针之间对应类型的数据个数，所以size可以由_finish - _start得到，而capacity可以由_endofstorage - _start得到。

size_t size() const
{
    
    
	return _finish - _start;//返回容器当中有效数据的个数
}

size_t capacity() const
{
    
    
	return _endofstorage - _start;//返回当前容器的最大容量
}

reserve

reserve规则：
1、当n大于对象当前的capacity时，将capacity扩大到n或大于n。
2、当n小于对象当前的capacity时，什么也不做。

reserve函数的实现思路也是很简单的，先判断所给n是否大于当前容器的最大容量（否则无需进行任何操作），操作时直接开辟一块可以容纳n个数据的空间，然后将原容器当中的有效数据拷贝到该空间，之后将原容器存储数据的空间释放，并将新开辟的空间交给该容器维护，最好更新容器当中各个成员变量的值即可。

void reserve(size_t n)
{
    
    
	if (n > capacity())//判断是否需要进行操作
	{
    
    
		size_t oldSize = size();//记录当前容器当中有效数据的个数
		T* tmp = new T[n]; //开辟一块可以容纳n个数据的空间

		if (_start)//判断是否为空容器
		{
    
    
			for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
			{
    
    
				tmp[i] = _start[i]; //调用赋值运算符重载完成深拷贝
			}

			delete[] _start;
		}

		_start = tmp;
		_finish = tmp + oldSize;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

在reserve函数的实现当中有两个地方需要注意：
1）在进行操作之前需要提前记录当前容器当中有效数据的个数。
因为我们最后需要更新_finish指针的指向，而_finish指针的指向就等于_start指针加容器当中有效数据的个数，当_start指针的指向改变后我们再调用size函数通过_finish - _start计算出的有效数据的个数就是一个随机值了。
在这里插入图片描述

2）拷贝容器当中的数据时，不能使用memcpy函数进行拷贝。

可能你会想，当vector当中存储的是vector<int>类型的时候，虽然使用memcpy函数reserve出来的容器与原容器当中每个对应的vector<int>成员都指向同一个字符串空间，但是原容器存储数据的空间不是已经被释放了，相当于现在只有一个容器维护这这些字符串空间，这还有什么影响。
但是不要忘了，当你释放原容器空间的时候，原容器当中存储的每个vector<int>在释放时会去调用vector<int>的析构函数，将其指向的字符串也进行释放，所以使用memcpy函数reserve出来的容器当中的每一个vector<int>所指向的字符串实际上是一块已经被释放的空间，访问该容器时就是对内存空间进行非法访问。
在这里插入图片描述
所以说我们还是得用for循环将容器当中的vector<int>一个个赋值过来，因为这样能够间接调用vector<int>的赋值运算符重载，实现vector<int>的深拷贝。

在这里插入图片描述

resize

resize规则：
1、当n大于当前的size时，将size扩大到n，扩大的数据为val，若val未给出，则默认为容器所存储类型的默认构造函数所构造出来的值。
2、当n小于当前的size时，将size缩小到n。

根据resize函数的规则，进入函数我们可以先判断所给n是否小于容器当前的size，若小于，则通过改变_finish的指向，直接将容器的size缩小到n即可，否则先判断该容器是否需要增容，然后再将扩大的数据赋值为val即可。

empty

empty函数可以直接通过比较容器当中的_start和_finish指针的指向来判断容器是否为空，若_finish指向的位置与_start相同，则该容器为空。

bool empty() const
{
    
    
	return _finish == _start;
}

修改容器内容相关函数

push_back

要尾插数据首先得判断容器是否已满，若已满则需要先进行增容，然后将数据尾插到_finish指向的位置，再将_finish++即可。

void push_back(const T& x)
{
    
    
	if (_finish == _endofstorage)//判断是否需要增容
	{
    
    
		size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;//将容量扩大为原来的两倍
		reserve(newCapacity);//增容
	}

	*_finish = x; //尾插数据
	++_finish;//_finish指针后移
}

pop_back

尾删数据之前也得先判断容器是否为空，若为空则做断言处理，若不为空则将_finish--即可。

//尾删数据
void pop_back()
{
    
    
	assert(!empty()); //容器为空则断言
	_finish--; //_finish指针前移
}

insert

insert函数可以在所给迭代器pos位置插入数据，在插入数据前先判断是否需要增容，然后将pos位置及其之后的数据统一向后挪动一位，以留出pos位置进行插入，最后将数据插入到pos位置即可。

iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
    
    
	assert(pos >= _start);
	assert(pos < _finish);

	if (_finish == _endofstorage)
	{
    
    
		size_t len = pos - _start;//记录pos与_start之间的间隔
		size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
		reserve(newCapacity);

		// 扩容会导致pos迭代器失效，需要更新处理一下
		pos = _start + len;
	}

	// 挪动数据
	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)
	{
    
    
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}

	*pos = val;
	++_finish;

	return pos;
}

注意： 若需要增容，则需要在增容前记录pos与_start之间的间隔，然后通过该间隔确定在增容后的容器当中pos的指向，否则pos还指向原来被释放的空间。

erase

erase函数可以删除所给迭代器pos位置的数据，在删除数据前需要判断容器是否为空以及pos位置是否在区间内，若为空则需做断言处理，删除数据时直接将pos位置之后的数据统一向前挪动一位，将pos位置的数据覆盖即可。

iterator erase(iterator pos)
{
    
    
	assert(!empty()); 
	assert(pos >= _start);
	assert(pos < _finish);

	iterator it = pos + 1;
	while (it < _finish)
	{
    
    
		*(it- 1) = *(it);
		++it;
	}

	--_finish;//数据个数减少一个，_finish前移

	return pos;
}

swap

swap函数用于交换两个容器的数据，我们可以直接调用库当中的swap函数将两个容器当中的各个成员变量进行交换即可。

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

注意：在此处调用库当中的swap需要在swap之前加上“::”（作用域限定符），告诉编译器去指定库中寻找swap函数，否则编译器会认为你调用的就是你正在实现的swap函数（就近原则）。

总结

模拟实现vector整体代码

namespace wyt
{
    
    
	template<class T>
	class vector
	{
    
    
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		iterator begin()
		{
    
    
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
    
    
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
    
    
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
    
    
			return _finish;
		}

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

		const T& operator[](size_t pos) const
		{
    
    
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
		//构造
		vector()
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
    
    }

		// v2(v1)
		/*vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (const auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}*/

		//vector<int> v1(10, 1);
		//vector<char> v1(10, 'A');
		//构造
		vector(int n, const T& val = T())
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
    
    
			reserve(n);
			for (int i = 0; i < n; ++i)
			{
    
    
				push_back(val);
			}
		}
		//构造
		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);
			}
		}
		//构造
		template <class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
    
    
			while (first != last)
			{
    
    
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		//拷贝构造 -- 现代写法
		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
    
    
			vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
			swap(tmp);
		}
		//传统写法
		//vector(const vector<T>& v)
		//	:_start(nullptr)
		//	,_finish(nullptr)
		//	,_endofstorage(nullptr)
		//{
    
    
		//	//开辟一块和容器v大小相同的空间
		//	_start = new T[v.capcity()];
		//	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		//	{
    
    
		//		_start[i] = v[i];
		//	}
		//	_finish = _start + v.size(); //容器有效数据的尾
		//	_endofstorage = _start + v.capacity(); //整个容器的尾
		//}
		

		//赋值运算符重载
		// v1 = v2
		// v1 = v1;  // 极少数情况，能保证正确性，所以这里就这样写没什么问题
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
    
    
			swap(v);
			return *this;
		}
		//传统写法
		//vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		//{
    
    
		//	if (this != &v) //防止自己给自己赋值
		//	{
    
    
		//		delete[] _start; //释放原来的空间
		//		_start = new T[v.capacity()]; //开辟一块和容器v大小相同的空间
		//		for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) //将容器v当中的数据一个个拷贝过来
		//		{
    
    
		//			_start[i] = v[i];
		//		}
		//		_finish = _start + v.size(); //容器有效数据的尾
		//		_endofstorage = _start + v.capacity(); //整个容器的尾
		//	}
		//	return *this; //支持连续赋值
		//}
		~vector()
		{
    
    
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}

		
		void reserve(size_t n)
		{
    
    
			if (n > capacity())
			{
    
    
				size_t oldSize = size();
				T* tmp = new T[n];

				if (_start)
				{
    
    
					//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*oldSize);//memcpy是按字节拷贝，如果T是vector<T>类型，就会发生浅拷贝
					for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
					{
    
    
						tmp[i] = _start[i];
					}

					delete[] _start;
				}

				_start = tmp;
				_finish = tmp + oldSize;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

		void resize(size_t n, T val = T())
		{
    
    
			if (n > capacity())
			{
    
    
				reserve(n);
			}

			if (n > size())
			{
    
    
				//reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
    
    
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
    
    
				_finish = _start + n;
			}
		}

		bool empty() const
		{
    
    
			return _finish == _start;
		}

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

		size_t capacity() const
		{
    
    
			return _endofstorage - _start;
		}

		void push_back(const T& x)
		{
    
    
			if (_finish == _endofstorage)
			{
    
    
				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		void pop_back()
		{
    
    
			assert(!empty());

			--_finish;
		}

		// 迭代器失效 : 扩容引起，野指针问题
		iterator insert(iterator pos, const T& val)
		{
    
    
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);

			if (_finish == _endofstorage)
			{
    
    
				size_t len = pos - _start;
				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);

				// 扩容会导致pos迭代器失效，需要更新处理一下
				pos = _start + len;
			}

			// 挪动数据
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
    
    
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}

			*pos = val;
			++_finish;

			return pos;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
    
    
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);


			iterator begin = pos + 1;
			while (begin < _finish)
			{
    
    
				*(begin - 1) = *(begin);
				++begin;
			}

			--_finish;

			return pos;
		}

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

		void clear()
		{
    
    
			_finish = _start;
		}

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

【c++初阶】第九篇：vector（常用接口的使用 + 模拟实现）

文章目录

vector介绍

vector的使用

vector的定义

vector iterator(迭代器) 的使用

begin和end

rbegin和rend

vector 空间增长问题

size和capacity

reserve和resize（重点）

测试vector的默认扩容机制

empty

vector的增删查改

push_back和pop_back

insert和erase

find

swap

operator[] 元素访问（重点）

vector 迭代器失效问题（重点）

迭代器失效问题举例

迭代器失效解决方法

总结

vector的模拟实现

vector当中的成员变量介绍

vector模拟实现接口函数预览

默认成员函数

构造函数1

构造函数2

构造函数3

模拟实现构造函数调用不明确

拷贝构造函数

赋值运算符重载函数

析构函数

迭代器相关函数

begin和end

访问容器相关函数

operator[ ]

容量和大小相关函数

size和capacity

reserve

resize

empty

修改容器内容相关函数

push_back

pop_back

insert

erase

swap

总结

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