蓝易云:模拟实现C++版vector的技术要点

简介: 这个代码片段实现了简单的vector,包括基础的容量管理、元素访问、内存分配以及复制控制。在实际使用中,可能还需要对这个基础实现进行优化和功能完善,使其能够满足更广泛的使用场景和性能要求。

实现一个C++版本的vector,即一个动态数组,主要需要注意以下几个关键点:

模板类实现: vector是一个泛型容器,可以容纳任意类型的元素。因此,要使用模板编程来使我们的vector类能够处理任意类型的数据。
动态内存管理: vector需要动态分配内存以存储元素。这通常涉及到使用 new和 delete操作符来分配和释放内存。为了效率,vector通常会预分配一定容量的内存,当实际元素数量超出当前容量时再进行扩容。
对象构造和析构: 当一个新元素被添加到vector中,需要调用元素类型的构造函数来创建对象。同样地,当元素被移除或vector被销毁时,需要调用元素类型的析构函数来销毁对象。
元素访问: 提供访问元素的接口,如 operator[]以及 at()方法,同时保证访问的安全性。at()在索引超出范围时应抛出异常。
内存扩容策略: 当vector中的元素个数达到当前容量时,需要扩展其容量。通常扩展策略会将容量增加一倍或者增加固定的数量,这样可以减少内存的频繁重新分配。
拷贝控制: 实现拷贝构造函数、赋值运算符和析构函数,确保vector的复制和赋值能够正确地复制内部的动态数组,并且不会造成内存泄漏。
移动语义: 为了提高效率,vector应支持移动构造函数和移动赋值运算符,允许在临时对象或将要销毁的对象上进行低成本的资源转移。
迭代器支持: 实现迭代器以支持范围for循环和算法库,至少需要提供 begin()、end()方法,以及相应的迭代器类型定义。
接口丰富性: 提供一系列用于容器操作的方法,如 push_back()、pop_back()、insert()、erase()、clear()、resize()等。
下面是一个简化版的C++ vector的实现草案,以作为如何实现这些技术点的参考:

include

include

include // std::copy, std::move

include // std::out_of_range

include // std::swap

template
class SimpleVector {
private:
T* mData;
size_t mSize;
size_t mCapacity;

void check_index(size_t index) const {
    if (index >= mSize) throw std::out_of_range("Index out of range");
}

void grow() {
    size_t newCapacity = mCapacity ? mCapacity * 2 : 1;
    T* newData = new T[newCapacity];
    std::move(mData, mData + mSize, newData);
    delete[] mData;
    mData = newData;
    mCapacity = newCapacity;
}

public:
SimpleVector() : mData(nullptr), mSize(0), mCapacity(0) {}

explicit SimpleVector(size_t size) : mSize(size), mCapacity(size) {
    mData = new T[mCapacity];
}

SimpleVector(const SimpleVector& other)
    : mData(nullptr), mSize(other.mSize), mCapacity(other.mCapacity) {
    mData = new T[mCapacity];
    std::copy(other.mData, other.mData + other.mSize, mData);
}

SimpleVector(SimpleVector&& other) noexcept
    : mData(other.mData), mSize(other.mSize), mCapacity(other.mCapacity) {
    other.mData = nullptr;
    other.mSize = 0;
    other.mCapacity = 0;
}

SimpleVector& operator=(SimpleVector other) {
    swap(*this, other);
    return *this;
}

~SimpleVector() {
    delete[] mData;
}

T& operator[](size_t index) {
    assert(index < mSize);
    return mData[index];
}

const T& operator[](size_t index) const {
    assert(index < mSize);
    return mData[index];
}

T& at(size_t index) {
    check_index(index);
    return mData[index];
}

const T& at(size_t index) const {
    check_index(index);
    return mData[index];
}

void push_back(const T& value) {
    if (mSize == mCapacity) grow();
    mData[mSize++] = value;
}

void pop_back() {
    if (mSize > 0) {
        mSize--;
        mData[mSize].~T();
    }
}

size_t size() const { return mSize; }
size_t capacity() const { return mCapacity; }

friend void swap(SimpleVector& first, SimpleVector& second) noexcept {
    using std::swap;
    swap(first.mSize, second.mSize);
    swap(first.mCapacity, second.mCapacity);
    swap(first.mData, second.mData);
}

};

这个代码片段实现了简单的vector,包括基础的容量管理、元素访问、内存分配以及复制控制。在实际使用中,可能还需要对这个基础实现进行优化和功能完善,使其能够满足更广泛的使用场景和性能要求。

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