【C++/STL】vector(常见接口、模拟实现、迭代器失效)

简介: 【C++/STL】vector(常见接口、模拟实现、迭代器失效)

vector是表示可变大小数组的序列容器。

简单使用

vector接口的使用跟string差不多,功能很多都类似。

常见接口

注意end是指向最后一个数据的下一个位置。

find

find的使用需要包 <algorithm> 头文件

注意上面if语句的判断条件,找不到时,返回值是自己给的last,即上面的v.end()。

insert

insert还可以插入一段迭代区间

vector模板

vector<> 括号里可以是不同的类型,如上面的string,还可以是list,vector等。 如下图:

模拟实现

尾插

上方是错误的模拟。因为_start已经改变了,_finish-_start就不是原本的空间大小了。正确代码如下:

size_t size()
{
    return _finish - _start;
}
 
T& operator[](size_t pos)
{
    assert(pos < size());
    return _start[pos];
}
 
size_t capacity()
{
    return _endofstorage - _start;
}
 
void push_back(const T& val) //传引用效率高
{
    if (_finish == _endofstorage)
    {
        size_t old_size = size();
        size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
        T* tmp = new T[newcapacity];
        memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
        delete[] _start;
 
        _start = tmp;
        _finish = tmp + old_size;
        _endofstorage = tmp + newcapacity;
    }
 
    *_finish = val;
    ++_finish;
}

构造

在不写第三个函数的情况下,当我们想插入10个1构造时,会优先跟函数1匹配,因为他是模板, 而函数2的形参类型有size_t ,因此匹配度没模板的好。为了能够插入10个1进行构造,就需要函数3来进行匹配。没有函数3的情况下,(10u,1)和(10,'a')都会跟函数2匹配。

迭代器失效

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构,其底层实际就是一个指针,或者是对指针进行了封装,比如:vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效,实际就是迭代器底层对应指针所指向的 空间被销毁了,而使用一块已经被释放的空间,造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器,程序可能会崩溃)。

vector中,会引起其底层空间改变的操作,都有可能使迭代器失效,比如:resize、reserve、insert、assign、 push_back等。

迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可。

插入发生错误的本质是迭代器失效,因为此时pos还指向旧空间,而旧空间已经被释放了。正确代码如下:


    void insert(iterator pos, const T& val)
    {
        assert(pos >= _start);
        assert(pos <= _finish);
 
        if (_finish == _endofstorage)
        {
            size_t len = pos - _start;
            reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
 
            //如果扩容了就要更新pos
            pos = _start + len;
        }
 
        iterator it = _finish - 1;
        while (it >= pos)
        {
            *(it + 1) = *it;
            --it;
        }
        *pos = val;
        ++_finish;
    }

另一个问题:

因为要扩容,此时it就是野指针了,要继续使用就得在外面重新更新。要解决这个问题就得在insert形参里面传引用,但是这会引发别的问题,库里面没有去解决这个问题,所以不要使用。

上方删除偶数的操作也是导致迭代器失效。erase删除pos位置元素后,pos位置之后的元素会往前搬移,如果pos刚好是最后一个元素,删完之后pos刚好是end的位置,而end位置是 没有元素的,那么pos就失效了。

库里面的解决方案如上图,erase删除后会返回删除元素的下一个位置,进行更新即可。

上图是修改后的代码。模拟实现的erase也要跟着修改 ,要有返回值,如下图:

使用memcpy拷贝问题

当不需要扩容时,可以正常运行。

如果扩容了,程序就崩了。问题出在memcpy上。

memcpy是按字节一个一个拷贝的。扩容时,开辟了新空间, 然后memcpy就把string拷贝到tmp上。接着delete时,会调用析构函数,此时string就没了,start指向的空间也被销毁了。再让start指向tmp的空间,而tmp空间里的string是浅拷贝,在刚才就没了。即memcpy使vector是深拷贝,但vector的对象string却是浅拷贝。  

正确代码:

我们用循环进行赋值即可,赋值时每次都是深拷贝。

结论:如果对象中涉及到资源管理时,千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝,因为memcpy是浅拷贝,否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

void reserve(size_t n)
{
    if (n > capacity())
    {
        T* tmp = new T[n];
        size_t old_size = size();
        //memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
        for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
        {
            tmp[i] = _start[i];
        }
        delete[] _start;
 
        _start = tmp;
        _finish = tmp + old_size;
        _endofstorage = tmp + n;
    }
}

花括号列表初始化

库里面的vector支持用花括号初始化,其原理如下图:

即隐式类型转换,传引用时,注意临时对象具有常性,需要用const对象。

自己实现:

完整代码

#pragma once
 
#include<assert.h>
 
namespace qjh
{
    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;
        }
 
        vector()
        {}
 
        //v2(v1)
        vector(const vector<T>& v)
        {
            reserve(v.capacity());
            for (auto& e : v)
            {
                push_back(e);
            }
        }
 
        //vector<int> v1 ={1,2,3,4,5};
        vector(initializer_list<T> il)
        {
            reserve(il.size()); 
            for (auto& e : il)
            {
                push_back(e);
            }
        }
 
        //类模板的成员函数可以是函数模板
        //迭代器区间构造,可以是vector的迭代器,也可以是其他容器
        template <class  InputIterator>
        vector(InputIterator first, InputIterator last)
        { 
            while (first != last)
            {
                push_back(*first);
                ++first;
            }
        }
 
        vector(size_t n, const T& val = T())
        {
            reserve(n);
            for (size_t i = 0; i < n; i++)
            {
                push_back(val);
            }
        }
 
 
        vector(int n, const T& val = T())
        {
            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); 
             
        }
 
        //v1=v2
        vector<T>& operator=(vector<T> v)
        {
            swap(v);
            return *this;
        }
 
        ~vector()
        {
            delete[] _start;
            _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
        }
 
        size_t size() const
        {
            return _finish - _start;
        }
 
        T& operator[](size_t pos)
        {
            assert(pos < size());
            return _start[pos];
        }
 
        const T& operator[](size_t pos) const
        {
            assert(pos < size());
            return _start[pos];
        }
 
        size_t capacity() const
        {
            return _endofstorage - _start;
        }
 
        void reserve(size_t n)
        {
            if (n > capacity())
            {
                T* tmp = new T[n];
                size_t old_size = size();
                //memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
                for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
                {
                    tmp[i] = _start[i];
                }
                delete[] _start;
 
                _start = tmp;
                _finish = tmp + old_size;
                _endofstorage = tmp + n;
            }
        }
 
        void resize(size_t n, const T& val = T()) //T()是匿名对象,自定义类型调用它的构造,内置类型也是,整形是0,字符是'\0',指针是空指针。
        {
            if (n > size())
            {
                reserve(n);
                while (_finish < _start + n)
                {
                    *_finish = val;
                    ++_finish;
                }
            }
            else
            {
                _finish = _start + n;
            }
        }
 
        void push_back(const T& val) //传引用效率高
        {
            /*if (_finish == _endofstorage)
            {
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
            }
            *_finish = val;
            ++_finish;*/
 
            insert(end(), val);
        }
 
        void pop_back()
        {
            //assert(!empty());
 
            //--_finish;
 
            erase(--end());
        }
 
        bool empty()
        {
            return _start == _finish; 
        }
 
        void insert(iterator pos, const T& val)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos <= _finish);
 
            if (_finish == _endofstorage)
            {
                size_t len = pos - _start;
                reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
 
                //如果扩容了就要更新pos
                pos = _start + len;
            }
 
            iterator it = _finish - 1;
            while (it >= pos)
            {
                *(it + 1) = *it;
                --it;
            }
            *pos = val;
            ++_finish;
        }
 
        iterator erase(iterator pos)
        {
            assert(pos >= _start);
            assert(pos <= _finish);
 
            iterator it = pos + 1;
            while (it < _finish)
            {
                *(it - 1) = *it;
                ++it;
            }
            --_finish;
 
            return pos;
        }
 
    private:
        iterator _start = nullptr;
        iterator _finish = nullptr;
        iterator _endofstorage = nullptr;
    };
 
    template<class T>
    void print_vector(const vector<T>& v)
    {
        for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
        {
            cout << v[i] << " ";
        }
        cout << endl;
 
        //typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); //前面必须加typename 告诉编译器这是类型,
        //while (it != v.end())
        //{
        //  cout << *it << " ";
        //  ++it;
        //}
        //cout << endl;
 
        //for (auto e : v)
        //{
        //  cout << e << " ";
        //}
        //cout << endl;
    }
 
}


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