C++|C++ STL _ Vector使用及模拟实现 C++STL

1.Vector的介绍

1.1 Vector的介绍

2.Vector的使用

2.1 vector的定义
2.2 vector 迭代器的使用
2.3 vector的空间增长问题

3. vector的增删查改

3.1 push_back （重点）
3.2 pop_back (重点)
3.3 insert
3.4 erase
3.5 operator [ ]

1.Vector的介绍
1.1 Vector的介绍
? ?vector官方文档介绍??

1.vector是表示可变大小数组的序列容器。
2. 就像数组一样，vector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。
3. 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。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。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
4. 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，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
6. 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好

2.Vector的使用 vector在实际中非常重要且使用，因此我们需要熟悉使用常用的接口，以下将从常用的接口入手并进行模拟实现
vector模拟实现的基本结构：

templateclass vector{public:typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; //无参构造vector():_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){}//资源管理~vector(){if (_start){delete[] _start; _start = _finish = _endofstoage = nullptr; }}size_t size() const{return _finish - _start; }size_t capacity() const{return _endofstoage - _start; }private:iterator _start; iterator _finish; iterator _endofstoage; };

2.1 vector的定义

构造函数声明? ?constructor??	接口说明
vector()（重点）	无参构造
vector (const vector& x); （重点）	拷贝构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）	构造并初始化n个val
vector (InputIterator first, InputIterator last);	使用迭代器进行初始化构造

//无参构造vector():_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){}//拷贝构造void swap(vector& v){std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_endofstoage, v._endofstoage); }//vector(const vector& v)vector(const vector& v):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){vector tmp(v.begin(), v.end()); swap(tmp); }//初始化n个valvector(size_t n, const T& val = T()):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){reserve(n); for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val); }}//使用迭代化区间初始化template vector(InputIterator first, InputIterator last):_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){while (first != last){push_back(*first); ++first; }}

2.2 vector 迭代器的使用

iterator的使用	接口说明
begin+end （重点）	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin+rend（反向迭代器）	获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator

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

2.3 vector的空间增长问题

容量空间	接口说明
size	获取数据个数
capacity	获取容量大小
empty	判断是否为空
resize（重点）	改变vector的size
reserve（重点）	改变vector的capacity

void resize(size_t{if (n > capacity()){reserve(n); }if (n > size()){while (_finish < _start + n){*_finish = val; ++_finish; }}else

void reserve(size_t{size_t sz = size(); if (n > capacity()){T* tmp = new T[n]; if (_start){//这里会造成浅拷贝问题//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T)); for (size_t i = 0; i < size(); ++i){tmp[i] = _start[i]; }delete[] _start; }_start = tmp; }_finish = _start + sz; _endofstoage = _start + n; }

注意：
1、我们在扩容的时候有一个小细节，capacity的容量扩容在vs和g++下分别运行是有区别的，在Vs下caoacity的扩容是按1.5倍增长的；在g++下是按2倍增长的。不能固化的认为，vector的增长都是2倍，具体增长的多少要根据需求定义。Vs是PJ盘本的STL，g++是SGI版本的STL。

//vs下int main(){vector v; size_t sz = v.capacity(); for (int i = 0; i < 100; ++i){v.push_back(i); if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity(); cout << "capacity changed: " << sz << '\n'; }}return 0; }

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3. vector的增删查改

vector增删查改	接口说明
? ?push_back??（重点）	尾插
? ?pop_back ??（重点）	尾删
? ?find??	查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
? ?insert??	在pos之前插入val
? ?erase??	删除pos位置的数据
? ?swap??	交换两个vector的数据空间
? ?operator[] ??（重点）	像数组一样访问

3.1 push_back （重点）

void push_back(const{if (_finish == _endofstoage){size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newCapacity); }*_finish = x; ++_finish; //insert(end(), x);

方法：

1、实现要考虑是否需要扩容，如果 _finish == _endofstoage 则需要扩容
2、尾插元素， ++_finish

3.2 pop_back (重点)
pop_back比较简单，尾删的逻辑不是删除而是覆盖，因此只需要--_finish即可

void pop_back(){if (_finish > _start){--_finish; }//erase(end() - 1);

3.3 insert
insert插入是在pos位置之前插入x
方法：

1、判断pos位置的合法性。
2、判断是否需要扩容，如果需要扩容则注意，这里会引发迭代器失效问题。

由于迭代器失效问题比较复杂，情况多样，我总结了一篇单独的博客供大家参考：

3、挪动数据，由后往前走，让前一个覆盖后一个。
4、插入数据，++_finish，返回pos位置

iterator insert(iterator pos, const{//检查assert(pos >= _start && pos <= _finish); //空间不够扩容//扩容以后 pos就失效了if (_finish == _endofstoage){//使用相对距离来计算确定pos位置size_t n = pos - _start; size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2; reserve(newCapacity); pos = _start + n; }//挪动数据iterator end = _finish - 1; while (end >= pos){*(end + 1) = *end; --end; }*pos = x; ++_finish; return

3.4 erase
erase是删除pos位置的数据
方法：

1、判断pos位置的合法性。
2.、拿到pos位置下一个位置的迭代器，从前往后，后一个覆盖前一个。
3、最后--_finish，返回pos位置

iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos <= _finish); iterator it = pos + 1; while (it != _finish){*(it - 1) = *it; ++it; }--_finish; return

3.5 operator [ ]
重载的operator [ ] 就是取到pos位置对应的数据即可，比较简单