【C++】vector容器初步模拟

送给大家一句话：
努力一点，漂亮—点，阳光一点。早晚有一天，你会惊艳了时光，既无人能替，又光芒万丈。

1 认识vector

开始了解

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。

使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习

底层实现

我们来了解一下vector的底层实现是如何做到，首先就要了解其类成员是如何定义的，这样我们才能更好的复刻vector（以下是1996年的STL版本，还比较简单）：

protected:typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator;iterator start; iterator finish;iterator end_of_storage //容量结束;

可以看到受保护的内部成员变量是由三个迭代器构成的。
迭代器的底层是：

typedef T value_type;
typedef value_type* iterator;

也就是说底层是指针，T是模版类的参数。接下来我们在观察一下构造函数是如何操作的(参考一部分)：

 vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0) {}vector(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }vector(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }vector(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }

这个fill_initialize又是什么呢？？？是初始化函数，（在工程文件中，经常使用一层又一层的嵌套，由于我还没有丰富的工程经验，我看起来还是很费劲，晕乎乎的）。我们看一部分即可，现在我们开始手搓vector，针对内置类型进行操作。

2 开始实现

我们开始逐步进行实现。

成员变量

根据我们刚才所查看的源码，我们要使用三个迭代器，要使用迭代器，我们可以使用指针进行模拟。

//使用模版 兼容各种类型
template<typename T>
class vector {
public://重命名 指针即可模拟迭代器 常量与非常量都要提供哦typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end = nullptr;};

写出三个迭代器（指针）后，我们对构造函数应该也有了大致思路：需要初始化三个迭代器，所以我们给与初始值nullptr。让后进行开辟空间。

构造函数 析构函数

这里的构造函数我设置三个接口，一个是空构造，一个是开辟 N 个空间并初始化为val，一个是拷贝构造:

//空构造
vector() 
{}
//开辟 N 个空间并初始化为val
vector(size_t n,T val = T()) {iterator tmp = new T[n];_start = tmp;for (iterator it = begin(); it < _start + n ;it++) {*it= val;}_finish = _start + n;_end = tmp + n ;}
/拷贝构造
vector(vector<T>& v) {//依次尾插即可完成操作for (auto s : v) {push_back(s);}
}

析构函数就是简单的释放空间即可：

	~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end = nullptr;}

我们完成了构造函数和析构函数，为了能够进行测试，我们现在来实现尾插操作：

尾插

尾插操作之前，根据我们实现string的经验来说，我们需要做一些准备工作，实现一些常用接口（size(),capacity(),reserve(),resize()）:
注意：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。

		//注意const 保证不会进行权限的放大size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _end - _start;}bool empty(){return size() == 0;}//扩容void reserve(size_t newcapacity) {//记录位置size_t n = _finish - _start;T* tmp = new T[newcapacity];//拷贝memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));_start = tmp;_finish = _start + n;_end = _start + newcapacity;}//改变大小void resize(size_t n, T val = T()) {//x需要扩容if ( n > size()){reserve(n);;while (_finish != _end) {*_finish = val;_finish++;}}//不需扩容else {_finish = _start + n;}}

实现了这些接口，就可以顺畅的进行尾插的书写，通过size（）和capacity（）可以判断是否需要扩容，reserve可以进行扩容。然后再_finish位置插入新的数据，再移动_finish即可。

		//尾插void push_back(T val) {if (size() == capacity()) {//扩容reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = val;_finish++;}

接下来我们在完善一下迭代器。

迭代器

迭代器的实现很简单，对指针进行重命名即可（真正的迭代器没有这么简单）

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;//迭代器
iterator begin() { return _start; }
iterator end() { return _finish; }
const_iterator begin() const{ return _start; }
const_iterator end() const{ return _finish; }

完成了begin（） 和end()函数，就可以使用基于范围的for循环了。
我们进行一个简单的测试，来看看我们写的构造，尾插是否正常。

template<class T>
void print_vector(const vector<T> v) {for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {cout << v[i] << " ";}cout << endl;
}
//构造，尾插测试
void vector_test1() {cout << "---------构造 ，尾插测试---------\n";vector<int> v1;vector<int> v2(4);v2.push_back(1);v2.push_back(2);v2.push_back(3);v2.push_back(4);print_vector(v2);v1.push_back(5);v1.push_back(6);print_vector(v1);cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;vector<int> v3(v1);print_vector(v3);
}

看一下效果：

没有问题！！！

插入 删除 寻找操作

这个也很简单，对数据进行挪动就可以完成：

//任意位置插入
void insert(size_t pos = 0,T val = T()) {
//保证在数据范围之内assert(pos >= 0);assert(pos <= size());//检查if (size() == capacity()) {//扩容reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}iterator it = end();//依次后移 然后插入while (it >= begin() + pos) {*(it + 1) = *it;it--;}it++;*it = val;_finish++;
}
void erease(size_t pos) 
{
//保证在数据范围之内assert(pos >= 0);assert(pos <= size());iterator it = begin() + pos;//依次前移while (it < end()) {*it = *(it + 1);it++;}_finish--;}
//尾删
void pop_back() {erease(size());}
size_t find(T val = T()) 
{//依次寻找for (iterator it = _start; it < _finish;it++) {if (*it == val) return it - _start;}return -1;
}

操作符重载

vector容器最重要的操作符应该就是[ ]操作了吧，此外重载一个 = ：

//提供常量与非常量
T& operator[](size_t n) { assert(n >= 0); assert(n < size()); return *(_start + n); }
const T& operator[](size_t n) const { assert(n >= 0); assert(n < size()); return *(_start + n); }
//类似拷贝
vector<T>& operator=(vector<T>& v){T* tmp = new T[v.capacity()];memcpy(tmp, v._start, v.size() * sizeof(T));size_t pos = v.size();size_t n = v.capacity();_start = tmp;_finish = _start + pos;_end = _start + capacity();return *this;
}

这样就完成了：
我们进行一个测试来看看是否可行：

void vector_test2() {cout << "---------resize find insert erase测试---------\n";vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);v1.push_back(6);print_vector(v1);cout << v1.find(2) << endl;v1.resize(10, 0);print_vector(v1);v1.insert(0, 0);print_vector(v1);v1.erease(5);print_vector(v1);}

来看效果：

成功！！！

swap函数

接下来在提供一个swap 函数以供交换，注意一定是深拷贝！！！

		void swap(vector& v) {T* tmp = new T[v.capacity()];memcpy(tmp, v._start, v.size() * sizeof(T));size_t pos = v.size();size_t n = v.capacity();v._start = _start;v._finish = _finish;v._end = _end;_start = tmp;_finish = _start + pos;_end = _start + capacity();}

来进行一个简单测试：

//交换测试
void vector_test3() {cout << "---------swap 测试---------\n";vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);v1.push_back(6);print_vector(v1);vector<int> v2(4);v2.push_back(1);v2.push_back(3);v2.push_back(1);v2.push_back(4);print_vector(v2);v2.swap(v1);print_vector(v1);print_vector(v2);}

来看效果：

成功交换！！！

总结

我们初步完成了对vector 的模拟实现，但是依然有问题，比如不支持string等特殊类型。所以下一篇文章我们来一起完善一下。

Thanks♪(･ω･)ﾉ谢谢阅读！！！

下一篇文章见！！！