C++STL之vector的使用和实现

转x33g5p2x  于2021-11-16 转载在 C/C++  
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vector

什么是vector？

  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（deques, lists and forward_lists）， 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lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

vector的使用

我们首先来看一下vector文档中的成员函数：vector文档

构造函数

  • vector()：创建一个空vector
  • vector(size_type n, const value_type& val = value_type())：创建一个vector，元素个数为n,且值为val
  • vector(const vector& x)：拷贝构造函数
  • vector(InputIterator first, InputIterator last):复制[first,last)区间内另一个数组的元素到vector中
  1. #include<iostream>
  2. #include<vector>
  3. int main()
  4. {
  5.     std::vector<int> v1;//创建一个空vector
  6.     std::vector<int> v2(4,100);//创建一个vector，元素个数为4,且值为100
  7.     std::vector<int> v3(v2.begin(),v2.end());//复制[v2,v2+5)区间内另一个数组的元素到vector中
  8.     std::vector<int> v4(v3);//拷贝构造函数
  9.     return 0;
  10. }

传迭代器进行构造：

  1. vector<int> v2(v1.begin(),v1.end());

如果不想要v1的第一个和最后一个，可以这样写：

  1. vector<int> v2(++v1.begin(),--v1.end());

可以看到迭代器构造函数是一个模板函数，所以不一定只用vector的迭代器，也可以用其他容器迭代器初始化，只要数据类型匹配(*iterator对象的类型跟vector中存的数据类型是一致的)：

  1. string s("hello world");
  2. vector<char> v3(s.begin(),s.end());

迭代器进行初始化模板函数实际是这样实现的：

  1. temolate<class InputIterator>
  2. vector(InputIterator first,InputIterator last)
  3. {
  4.     while(first != last)
  5.     {
  6.         push_back(*first);
  7.         ++first;
  8.     }
  9. }

我们定义下面两个对象有没有差别？

  1. string s("111111");
  2. vector<char> vc(6,'1');//调用构造函数

能不能用vc替代s？

不能，vector里面给char，虽然它们底层都是数组中存char类型数据，但是还是不一样的，s对象中指向的空间结尾有\0，string的很多操作是独有的，比如+=字符串等等

vector成员函数的使用

上面知道了vector类对象如何初始化，那么我们想要遍历该对象该怎么遍历呢？

首先使用push_back尾插进去数据，遍历方法：

1、下标+[]

2、迭代器遍历

3、范围for遍历

  1. #include<iostream>
  2. #include<vector>
  3. using namespace std;
  4. void test_vector()
  5. {
  6.     vector<int> v;
  7.     //使用push_back尾插数据
  8.     v.push_back(1);
  9.     v.push_back(2);
  10.     v.push_back(3);
  11.     v.push_back(4);
  12.     
  13.     //遍历vector
  14.     //1、下标+[]
  15.     for(size_t i =0;i<v.size(),i++)
  16.     {
  17.         v[i]-=1;
  18.         cout<<v[i]<<" ";
  19.     }
  20.     cout<<endl;
  21.     //2、迭代器
  22.     vector<int>::iterator it = v.begin();
  23.     while(it!=v.end())
  24.     {
  25.         *it += 1;
  26.         cout<<*it<<" ";
  27.         ++it;
  28.     }
  29.     cout<<endl;
  30.     
  31.     //范围for
  32.     for(auto e:v)
  33.     {
  34.         cout<< e <<" ";
  35.     }
  36.     cout<<endl;
  37. }
  38. int main()
  39. {
  40.     test_vector();
  41.     return 0;
  42. }

我们还可以利用反向迭代器进行反向遍历：

  1. void test_vector()
  2. {
  3.     vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(3);
  7.     v.push_back(4);
  8.     //反向迭代器进行遍历
  9.     vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
  10.     while(rit!=v.rend())
  11.     {
  12.         cout<<*rit<<" ";
  13.         ++rit;
  14.     }
  15.     cout<<endl;
  16. }

这里的rit不是原生指针，而是被封装的类对象，重载operator才能实现rit时，倒着走。

max_size

返回vector可以容纳的最大元素数。实际中并没有什么意义

  1. void test_vextor3()
  2. {
  3.     vector<int> v;
  4.     cout<<v.max_size()<<endl;//没什么意义
  5.     v.reserve(10);//开空间，改变容量
  6. }

reserve

如果n大于当前对象的容量，该函数将使容器的容量增加至少n个数据。其他情况容量不会改变

好多人在reserve改变容量后会这样去访问数据：

  1. for(size_t i =0;i<10;i++)
  2. {
  3.     v[i]=i;//error
  4. }

这样是错误的，operator[]会检查_size，会造成越界报错

正确的访问方式：

  1. for(size_t i =0;i<10;i++)
  2. {
  3.     v[i]=push_back(i);//正确
  4. }

resize

改变这个vector对象的长度为n，如果n小于当前vector的长度，则将当前值缩短到第n个数据，删除第n个以外的数据。如果n大于当前vector对象长度,延长该vector对象长度，并在最后插入指定内容直到达到的延长后的长度n。如果指定值, 用该值来初始化,否则,他们初始化为匿名对象。

  1. v.resize(20);//开空间+初始化

assign

分配新的内容给vector，代替它当前的内容，并且修改它的大小。可以看到assign函数的参数可以是迭代器，也可以是val个数和val

  1. void test_vector4()
  2. {
  3.     int a[]={1,2,3,4,5};
  4.     vector<int> v;
  5.     v.assign(a,a+4);
  6.     //v.assign(3,4);//这样可以分配3个4给v
  7.     for (auto e : v)
  8. 	{
  9. 		cout << e << " ";
  10. 	}
  11. 	cout << endl;
  12. }

需要注意的是迭代器传值时的区间是左闭右开

也可以这样分配内容：

  1. v.assign(3,4);

insert

  1. void test_vector5()
  2. {
  3.     int a[]={1,2,3,4,5};
  4.     vector<int> v(a,a+5);
  5.     //头插
  6.     v.insert(v.begin(),0);
  7.     for(auto e:v)
  8.     {
  9.         cout<< e <<" ";
  10.     }
  11.     cout<<endl;
  12. }

那么我们假设想在2的前面插入呢？我们想一想我们肯定先需要找到2这个元素，才能在它前面插入元素，而我们发现vector当中没有find函数，但是在算法里面有一个find函数模板以提供使用：

find函数参数是迭代器区间以及需要找到的val值，返回的是这段区间第一次发现的元素的迭代器，如果没有发现则返回的是last，我们想要在2之前插入元素：

  1. void test_vector5()
  2. {
  3.     int a[] = { 1,2,3,4,5 };
  4. 	vector<int> v(a, a + 5);
  5.     vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),2);
  6.     if(pos!= v.end())
  7.     {
  8.         v.insert(pos,20);
  9.     }
  10.     for(auto e:v)
  11.     {
  12.         cout<< e <<" ";
  13.     }
  14.     cout<<endl;
  15. }

在算法模块还有一个函数便于我们使用：sort函数

  1. void test_vector6()
  2. {
  3.     int a[] = { 1,2,3,4,5 };
  4. 	vector<int> v(a, a + 5);
  5.     //默认排升序
  6.     sort(v.begin(),v.end());
  7. }

它默认是排升序，但是我们还可以进行排降序，需要加一个参数：

  1. //排降序 -- 关于greater<int>是一个仿函数类
  2. sort(v.begin(),v.end(),greater<int>())

这里我们不深讲解这个参数，重点讲解vector

我们还可以用sort对数组进行排序：

  1. void test_vector6()
  2. {
  3.     //指向数组的空间的指针是天然的迭代器
  4.     int a1[]={30,1,13,23,42};
  5.     sort(a1,a1+5);//也可以对数组排序
  6.     for(auto e:a1)
  7.     {
  8.         cout<< e <<" ";
  9.     }
  10.     cout<<endl;
  11. }

指向数组的空间的指针是天然的迭代器，故也是可以对数组进行排序的

erase

  1. void test_vector5()
  2. {
  3.     int a[]={1,2,3,4,5};
  4.     vector<int> v(a,a+5);
  5.     //头插
  6.     v.erase(v.begin());
  7.     
  8.     //删除2
  9.     //没有find，在算法里面有一个find函数模板以提供使用
  10.     vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),2);
  11.     if(pos!= v.end())
  12.     {
  13.         v.erase(pos);
  14.     }
  15. }

vector的数据还可以是vector，类似于二维数组，我们来看一道题：

杨辉三角
核心思想：找出杨辉三角的规律，发现每一行头尾都是1，中间第[j]个数等于上一行[j-1]+[j]

  1. class Solution
  2. {
  3. public:
  4.     vector<vector<int>> generate(int numRows)
  5.     {
  6.         vector<vector<int>> vv;
  7.         //开辟杨辉三角的空间
  8.         vv.resize(numRowd);
  9.         for(size_t i = 0;i<vv.size();i++)
  10.         {
  11.             vv[i].resize(i+1,0);//第一行一个数据，第二行二个...第五行五个
  12.             //每一行第一个和最后一个初始化为1
  13.             //vv[i].front() = 1;
  14.             vv[i][0] = 1;
  15.             vv[i][vv[i].size()-1]] = 1;
  16.         }
  17.         for(size_t i =0;i<vv.size();++i)
  18.         {
  19.             for(size_t j=0;j<vv[i].size();++j)
  20.             {
  21.                 if(vv[i][j]==0)
  22.                 {
  23.                     vv[i][j] = vv[i-1][j]+vv[i-1][j-1];
  24.                 }
  25.             }
  26.         }
  27.         return vv;
  28.     } 
  29. };

vector的模拟实现

模拟实现的目的是为了学习它的一些细节和核心框架，我们模拟实现时将vector分装在一个命名空间中，防止与std中的vector冲突，首先vector是模板，所以我们需要将vector写成模板的样子：

  1. namespace ZSB
  2. {
  3.     template<class T>
  4.     class vector
  5.     {
  6.     public:
  7.         //...
  8.     private:
  9.         //...
  10.     };
  11. }

那么我们的成员变量有些什么呢？

  1. private:
  2.     iterator _start;
  3.     iterator _finish;
  4.     iterator _endofstorage;

_start， _finish，_endofstorage;这三个变量都分别代表什么意思呢？_start指向数据的头，_finish指向数据结束的下一个位置，_endofstorage指向容量结束的下一个位置。iterator又是什么呢？是迭代器，在vector中的迭代器其实也是指针，只是将他typedef了：

迭代器和const迭代器的模拟实现

  1. typedef T* iterator;
  2. typedef const T* const_iterator;
  4. iterator begin()
  5. {
  6.     return _start;
  7. }
  8. iterator end()
  9. {
  10.     return _finish;
  11. }
  12. const_iterator begin()const
  13. {
  14.     return _start;
  15. }
  16. const_iterator end()const
  17. {
  18.     return _finish;
  19. }

可以看到vector当中的迭代器也是相当于指针，只是将指针typedef了

无参构造函数的模拟实现

  1. vector()
  2.      :_start(nullptr)
  3.      , _finish(nullptr)
  4.      , _endofstorage(nullptr)
  5. {}

将三个成员变量初始化为nullptr

size、capacity、empty成员函数的模拟实现

  1. size_t size()const
  2. {
  3.     return _finish - _start;
  4. }
  5. size_t capacity()const
  6. {
  7.     return _endofstorage - _start;
  8. }
  9. bool empty()
  10. {
  11.     return _start == _finish;
  12. }

_start指向数据的头，_finish指向数据结束的下一个位置，_endofstorage指向容量结束的下一个位置，finish减去start就是size，endofstorage减去start就是capacity，判断是否为空，只需知道start是否等于finish即可

operator[]模拟实现

  1. T& operator[](size_t i)
  2. {
  3.     assert(i >= 0 && i < size());
  4.     return _start[i];
  5. }
  6. const T& operator[](size_t i)const
  7. {
  8.     assert(i >= 0 && i < size());
  9.     return _start[i];
  10. }

operator[]和const修饰的operator[]模拟实现

reserve模拟实现

  1. //开空间
  2. void reserve(size_t n)
  3. {
  4.     if (n > capacity())
  5.     {
  6.         size_t sz = size();//以防_start被改，size计算错误。保存size
  7.         T* tmp = new T[n];
  8.         if(_start)
  9.         {
  10.             memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
  11.         	delete[] _start;
  12.         }
  13.         _start = tmp;
  14.         _finish = _start + sz;
  15.         //_finish = _start+size();//error，因为_start已经被修改，size计算错误了
  16.         _endofstorage = _start + n;
  17.     }
  18. }

当reserve的参数n大于容量时，则需要扩容，这里需要注意的是我们需要先将size保存下来以便后面更新成员变量，然后再进行开空间然后拷贝，拷贝完成需要更新成员变量

这里不能使用memcpy进行拷贝，原因是什么我们放在最后面说明。

resize模拟实现

  1. void resize(size_t n, const T& val = T())
  2. {
  3.     if(n>size())
  4.     {
  5.         //判断容量是否够
  6.         if(n>capacity())
  7.         {
  8.             //不够需要增容
  9.             reserve(n);
  10.         }
  11.         else
  12.         {
  13.             //容量够，需要改变_finish，并且进行新增数据的初始化
  14.             while(_finish<n)
  15.             {
  16.                 *_finish = val;
  17.                 _finish++;
  18.             }
  19.         }
  20.     }
  21.     else
  22.     {
  23.         _finish =_start + n;
  24.     }
  25. }

首先判断resize参数n是否大于size，大于size的话再判断容量是否够，不够需要增容，够的话需要改变_finish，并且对新增数据初始化，n小于size的话，直接改变_finish即可

push_back模拟实现

  1. void push_back(const T& x)
  2. {
  3.      if (_finish == _endofstorage)
  4.      {
  5.      	 size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
  6.          reserve(newcapacity);
  7.      }
  8. 	  //new时初始化过了，可以直接复制
  9.       *_finish = x;
  10.       ++_finish;
  11. }

注意需要判断是否需要增容

pop_back模拟实现

  1. void pop_back()
  2. {
  3.      assert(!empty(*this));
  4.      --_finish;
  5. }

注意删除前需要该对象不为空

迭代器失效问题

  1. void test_vector1()
  2. {
  3.     std::vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(3);
  7.     v.push_back(4);
  8.     std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  9.     if (pos != v.end())
  10.     {
  11.         //找到了
  12.         v.insert(pos, 20);
  13.     }
  14.     //在insert以后pos可能就失效了，insert增容导致的，如果insert没有增容，pos还是指向原来的位置，访问没报错，那么我们依旧认为pos失效了，这里失效是指的是pos的意义变了，pos指向的不是原来的值了
  15.     cout << *pos << endl;
  16.     *pos = 100;
  17. }

上面这段代码在解引用pos时会进行报错：

是怎么引起的呢？看下图解释：

  • 由于insert扩容，导致pos失效，pos指向的空间释放，pos本质是一个野指针
  • insert插入数据，就算没有扩容，我们也认为pos失效了，因为pos的意义变了，不再指向原来的数据

调试验证：

因为增容，重新开辟了一块空间，而pos还指向的是原来空间的地址，该空间已经释放，就出现野指针的问题

上面是vs版本下的验证，不同编译器可能检查处理机制不一样，我们再在Linux平台下进行验证：

  1. #include<vector>
  2. #include<iostream>
  3. #include<stdio.h>
  4. #include<algorithm>
  5. using namespace std;
  6. void test_vector1()
  7. {
  8.     std::vector<int> v;
  9.     v.reserve(4);
  10.     v.push_back(1);
  11.     v.push_back(2);
  12.     v.push_back(3);
  13.     v.push_back(4);
  14.     std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  15.     if (pos != v.end())
  16.     {
  17.         //找到了
  18.         printf("%p\n",v.begin());
  19.         v.insert(pos, 20);
  20.     }
  21.     //在insert以后pos可能就失效了，insert增容导致的，如果insert没有增容，pos还是指向原来的位置，访问没报错，那么我们依旧认为pos失效了，这里失效是指的是pos的意义变了，pos指向的不是原来的值了
  22.         
  23.     printf("%p\n",v.begin());
  24.     cout << *pos << endl;
  25.     *pos = 100;
  26. }
  27. int main()
  28. {
  29.         test_vector1();
  30.         return 0;
  31. }

我们经过验证，Linux平台gcc编译器下并不会报错，我们分别打印增容前和增容后的v.begin()，发现两次的地址并不一样，说明确实进行了增容

那我们提前将空间开好，那么insert里面不进行增容，那么编译的情况是怎么样的呢？我们来验证一下：

vs版本：

可以看到它依旧会报错

Linux下g++编译器：

Linux平台下依旧不会报错，可以看到他这次并没有增容，并且它打印的是插入的数据

erase也会引起迭代器失效：

  1. void test_vector3()
  2. {
  3.     std::vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(3);
  7.     v.push_back(4);
  9.     std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  10.     if (pos != v.end())
  11.     {
  12.         //找到了
  13.         v.erase(pos);
  14.     }
  15.     cout << *pos << endl;
  16.     *pos = 100;
  17.     //erase导致pos失效了，pos没有野指针，只是意义变了，但是vs版本进行了强制检查，都不能访问，同样的代码在Linux当中g++下不会报错，说明两个环境的检查机制不一样
  18. //但是无论编译器是否报错，erase(pos)以后，我们都认为pos失效了，失效了以后不要*pos访问，可能会出问题
  19. }

我们在vs版本下验证此代码：

vs版本下虽然pos没有野指针，pos只是意义变了，但是vs版本下进行了强制检查，不能进行访问。

我们用同样的代码在Linux平台下验证：

可以看到Linux下不会报错，会正常运行，但是无论编译器是否报错，erase(pos)以后，我们都认为pos失效了，失效了以后不要*pos访问，可能会出问题

我们看一个极端的情况：要求删除v中的所有偶数

  1. void test_vector4()
  2. {
  3.     ZSB::vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(3);
  7.     v.push_back(4);
  8.     //要求删除v中所有偶数
  9.     ZSB::vector<int>::iterator it = v.begin();
  10.     while (it != v.end())
  11.     {
  12.         if (*it % 2 == 0)
  13.         {
  14.             v.erase(it);
  15.         }
  16.         ++it;
  17.     }
  18. }

Linux平台下运行结果：

可以看到发生了段错误，请看如下解释：

VS版本下会直接在it越界时会报错：

  1. void test_vector4()
  2. {
  3.     std::vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(3);
  7.     v.push_back(4);
  8.     v.push_back(5);
  9.     
  10.     //要求删除v中所有偶数
  11.     std::vector<int>::iterator it = v.begin();
  12.     while (it != v.end())
  13.     {
  14.         if (*it % 2 == 0)
  15.         {
  16.             v.erase(it);
  17.         }
  18.         ++it;
  19.     }
  20. }

Linux下的运行结果：

可以看到正常运行了，为什么会正常运行呢？

而相同的代码会在vs下会报错：

所以说不同平台的检查机制不一样

在Linux中并且代码会出现逻辑性错误，无法完成删除偶数，看下面例子：

  1. void test_vector4()
  2. {
  3.     std::vector<int> v;
  4.     v.push_back(1);
  5.     v.push_back(2);
  6.     v.push_back(2);
  7.     v.push_back(4);
  8.     v.push_back(5);
  9.     
  10.     //要求删除v中所有偶数
  11.     std::vector<int>::iterator it = v.begin();
  12.     while (it != v.end())
  13.     {
  14.         if (*it % 2 == 0)
  15.         {
  16.             v.erase(it);
  17.         }
  18.         ++it;
  19.     }
  20.     for(auto e:v)
  21.     {
  22.             cout<<e<<endl;
  23.     }
  24.     cout<<endl;
  25. }

2并没有被删除，为什么呢？

结论：

insert和erase后的迭代器都失效了，不要去访问，否则会出现意想不到的结果

那么库里面的insert和erase是怎么实现的呢？

insert的模拟实现

可以看到insert返回的是迭代器：

它返回一个指向新插入的第一个元素，那么insert我们可以这样写：

  1. iterator insert(iterator pos,const T& x)
  2. {
  3.     assert(pos >= _start && pos <= _finish);
  4.     if(_finish == _endofstorage)
  5.     {
  6.         //容量不够进行扩容
  7.         size_t len = pos-_start;
  8.         size_t newcapacity = capacity()==0?4:capacity()*2;
  9.         reserve(newcapacity);
  10.         
  11.         pos = _start + len;
  12.     }
  13.     //挪动数据
  14.     iterator end = _finish-1;
  15.     while(end >= pos)
  16.     {
  17.         *(end+1) = *(end);
  18.         --end;
  19.     }
  20.     *pos = x;
  21.     ++_finish;
  22.     return pos;
  23. }

首先我们需要断言，因为需要在正确的位置插入；然后insert时如果容量不够了的话我们需要首先增容，，需要注意的是防止pos失效，我们需要在增容后将pos更新指向新空间对应原空间的那个pos位置，那么怎么才能知道那个位置呢？所以我们需要先将pos相对于_start的位置保存下来，增容完成后将pos更新，即pos=_start+len，然后从最后一个数据开始往后挪动数据，挪动完成后将x放在pos位置处，++_finish，然后返回pos，此时的pos位置就是插入元素的第一个位置

erase的模拟实现

可以看到erase也是返回一个迭代器，它返回删除的那个元素的下一个元素：

  1. iterator erase(iterator pos)
  2. {
  3.     assert(pos >= _start && pos < _finish);
  4.     iterator it = pos+1;
  5.     while(it!=_finish)
  6.     {
  7.         *(it-1) = *it;
  8.         it++;
  9.     }
  10.     --_finish;
  11.     return pos;//返回删除位置的下一个位置
  12. }

有些编译器版本删除元素可能考虑缩容，但是我们这里模拟实现erase不考虑缩容，所以这里挪动数据就行，最后返回pos，此时pos位置的元素就是删除位置的下一个位置

此时就可以复用push_back和pop_back：

  1. void push_back(const T& x)
  2. {
  3.     insert(_finish,x);
  4. }
  5. void pop_back()
  6. {
  7.     erase(_finish-1);
  8. }

析构函数

  1. ~vector()
  2. {
  3.     delete[] _start;
  4.     _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
  5. }

delete时，需要加[]，因为销毁的是一段连续的空间

拷贝构造函数

我们不写相当于用的是默认的拷贝构造，默认的拷贝构造是浅拷贝，所以我们需要写深拷贝：

深拷贝传统写法
  1. //v2(v1)
  2. //1、传统写法
  3. vector(const vector<T>& v)
  4. {
  5.     //先开辟和v相同大小的空间
  6.     _start = new T[v.capacity()];
  7.     //拷贝
  8.     memcpy(_start,v._start,sizeof(T)*v.size());
  9.     //更新finish和endofstorage
  10.     _finish = _start+v.size();
  11.     _endofstorage = _start + v.capacity;
  12. }
  1. vector<int> v2(v1);
  2. for(auto e:v2)
  3. {
  4.     cout<<e<<" "<<endl;
  5. }
  6. cout<<endl;

传统深拷贝方法二：

  1. vector(const vector<T>& v)
  2.     :_start(nullptr)
  3.     :_finish(nullptr)
  4.     :_endofstorage(nullptr)
  5. {
  6.     reserve(v.capacity());//复用reserve和push_back
  7.     for(const auto& e:v)//e是string类型时引用接收减少拷贝构造 
  8.     {
  9.         push_back(e);
  10.     }
  11. }

上面这种还是传统写法，只不过是复用reserve和push_back，进行复用就不用我们自己去开空间了

深拷贝现代写法

现代写法怎么写呢？现代写法是自己不开空间，让别人开好空间初始化完，然后自己再和别人开的空间交换，这里其实就是利用vector的一个通过迭代器构造函数来构造tmp对象，传参传被拷贝对象的迭代器即可，然后将this指向的对象和tmp对象交换，因为这里用到了迭代器构造函数与交换函数，所以我们首先模拟实现一下迭代器构造函数与交换函数：

迭代器构造函数与swap函数模拟实现

  1. //类模板的成员函数，还可以再定义模板参数
  2. template <class InputIterator>
  3. //迭代器构造函数
  4. //这是个模板函数，任意类型的迭代器都可以，比如string
  5. vector(InputIterator first，InputIterator last)
  6.     :_start(nullptr)
  7.     :_finish(nullptr)
  8.     :_endofstorage(nullptr)
  9. {
  10.     while(first != last)
  11.     {
  12.         push_back(*first);
  13.         ++first;
  14.     }
  15. }
  16. //v1.swap(tmp)
  17. void swap(vector<T>& v)
  18. {
  19.     std::swap(_start,v._start);
  20.     std::swap(_finish,v._finish);
  21.     std::swap(_finish,v._finish); 
  22. }

需要注意的是迭代器构造函数是个模板函数，任意类型的迭代器都可以，比如string的迭代器

这时就可以写深拷贝的现代写法了：

  1. //现代写法
  2. //v2(v1)
  3. vector(const vector<T>& v)
  4.     :_start(nullptr)
  5.     :_finish(nullptr)
  6.     :_endofstorage(nullptr)
  7. {
  8.     //利用tmp开空间，在string里是传v1._str来构造tmp
  9.     vector<T> tmp(v.begin(),v.end());
  10.     this->swap(tmp);
  11. }

注意需要将_start，_finish，_endofstorage初始化为空，因为临时对象tmp在函数调用结束后会销毁，如果不初始化，它们都是随机值，delete时会出错。

赋值重载

那么赋值重载呢？我们想将一个对象赋值给另一个对象呢？

  1. v1 = v4;

我们知道赋值重载不写会用编译器默认生成的，而此时也会出现浅拷贝问题，所以我们要写深拷贝的赋值重载函数：

赋值重载的传统写法
  1. //传统写法
  2. vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
  3. {
  4.     if(this!=&v)
  5.     {
  6.         //先清理原内容
  7.         delete[] _start;
  8.         _start = _finish = _endofstorage = nullptr;
  9.         //开辟空间
  10.     	reverse(v.capacity);
  11.         for(auto& e: v)//e是string类型时引用接收减少拷贝构造 
  12.         {
  13.             push_back(e);
  14.         }
  15.     }
  16.     return *this;
  17. }

先清理原内容，然后再开辟空间，最后进行插入数据

赋值重载的现代写法
  1. //现代写法
  2. //比如v1=v2
  3. vector<T>& operator=(vector<T> v)//值传递
  4. {
  5.     swap(v);
  6.     return *this;
  7.     //结束会释放局部变量v，v指向的空间现在其实就是this之前指向的空间，刚刚好这块空间要释放
  8. }

通过值传递，用v2拷贝构造局部变量v，然后将this指向的对象和v交换，释放原空间的工作交给了函数调用结束，结束会销毁局部变量v，v指向的空间其实就是this之前指向的空间，刚刚好这块空间要释放

memcpy带来的浅拷贝问题

我们看下面代码：

  1. void test_vector9()
  2. {
  3.     vector<string> v;
  4.     v.reserve(4);
  5.     v.push_back("11111");
  6.     v.push_back("11111");
  7.     v.push_back("11111");
  8.     v.push_back("11111");
  9.     v.push_back("11111");//这里要增容会出问题
  10.     
  11.     for(auto e:v)
  12.     {
  13.         cout<<e<<" ";
  14.     }
  15.     cout<<endl;
  16. }

上面的代码你运行时会正常运行，但是你通过调试会发现在函数出口处会引发一个错误：

增容会出问题，因为增容会调用reserve，数据类型是int不会出问题，但是string就会有问题，问题出在memcpy

问题图解：

所以说memcpy导致了更深层次浅拷贝问题：vector<string>

如何解决呢？

  1. for(size_t i = 0;i<sz;++i)
  2. {
  3.     //如果T是string
  4.     //这里调用的就是string的赋值重载，string的赋值重载完成的是深拷贝
  5.     tmp[i] = _start[i];
  6. }

总结：

T是int，doublde等内置类型时可以用memcpy，当T是string时，不能用memcpy

因为拷贝构造传统写法那里也用到了memcpy，所以也需要改，如下：

拷贝构造传统写法修正：

  1. //v2(v1)
  2. //1、传统写法
  3. vector(const vector<T>& v)
  4. {
  5.     //先开辟和v相同大小的空间
  6.     _start = new T[v.capacity()];
  7.     //拷贝
  8.     //memcpy(_start,v._start,sizeof(T)*v.size());//error
  9.     for(size_t i = 0;i<sz;++i)
  10.     {
  11.         //如果T是string
  12.         //这里调用的就是string的赋值重载，string的赋值重载完成的是深拷贝
  13.         _start[i] = v._start[i];
  14.     }
  15.     //更新finish和endofstorage
  16.     _finish = _start+v.size();
  17.     _endofstorage = _start + v.capacity;
  18. }

reserve修正：

  1. //开空间
  2. void reserve(size_t n)
  3. {
  4.     if (n > capacity())
  5.     {
  6.         size_t sz = size();//以防_start被改，size计算错误。保存size
  7.         T* tmp = new T[n];
  8.         for(size_t i = 0;i<sz;++i)
  9.         {
  10.             //如果T是string
  11.             //这里调用的就是string的赋值重载，string的赋值重载完成的是深拷贝
  12.             tmp[i] = _start[i];
  13.         }
  14.         _start = tmp;
  15.         _finish = _start + sz;
  16.         //_finish = _start+size();//error，因为_start已经被修改，size计算错误了
  17.         _endofstorage = _start + n;
  18.     }
  19. }

完整的vector模拟实现的类：

  1. #include<iostream>
  2. #include<assert.h>
  3. #include<vector>
  4. using namespace std;
  6. namespace ZSB
  7. {
  8.     template<class T>
  9.     class vector
  10.     {
  11.     public:
  12.         typedef T* iterator;
  13.         typedef const T* const_iterator;
  15.         iterator begin()
  16.         {
  17.             return _start;
  18.         }
  19.         iterator end()
  20.         {
  21.             return _finish;
  22.         }
  23.         const_iterator begin()const
  24.         {
  25.             return _start;
  26.         }
  27.         const_iterator end()const
  28.         {
  29.             return _finish;
  30.         }
  31.         vector()
  32.             :_start(nullptr)
  33.             , _finish(nullptr)
  34.             , _endofstorage(nullptr)
  35.         {}
  36.         //类模板的成员函数，还可以再定义模板参数
  37.         template <class InputIterator>
  38.         //迭代器构造函数
  39.         //这是个模板函数，任意类型的迭代器都可以，比如string
  40.         vector(InputIterator first，InputIterator last)
  41.             :_start(nullptr)
  42.             :_finish(nullptr)
  43.             :_endofstorage(nullptr)
  44.         {
  45.             while(first != last)
  46.             {
  47.                 push_back(*first);
  48.                 ++first;
  49.             }
  50.         }
  51.          //拷贝构造
  52.         vector(const vector<T>& v)
  53.             :_start(nullptr)
  54.             :_finish(nullptr)
  55.             :_endofstorage(nullptr)
  56.         {
  57.             reserve(v.capacity());//复用reserve和push_back
  58.             for(const auto& e:v)//e是string类型时引用接收减少拷贝构造 
  59.             {
  60.                 push_back(e);
  61.             }
  62.         }
  63.         //赋值重载现代写法
  64.         //比如v1=v2
  65.         vector<T>& operator=(vector<T> v)//值传递
  66.         {
  67.             swap(v);
  68.             return *this;
  69.             //结束会释放局部变量v，v指向的空间现在其实就是this之前指向的空间，刚刚好这块空间要释放
  70.         }
  71.         
  72.         size_t size()const
  73.         {
  74.             return _finish - _start;
  75.         }
  76.         size_t capacity()const
  77.         {
  78.             return _endofstorage - _start;
  79.         }
  80.         bool empty()
  81.         {
  82.             return _start == _finish;
  83.         }
  84.         T& operator[](size_t i)
  85.         {
  86.             assert(i >= 0 && i < size());
  87.             return _start[i];
  88.         }
  89.         const T& operator[](size_t i)const
  90.         {
  91.             assert(i >= 0 && i < size());
  92.             return _start[i];
  93.         }
  94.         //v1.swap(tmp)
  95.         void swap(vector<T>& v)
  96.         {
  97.             std::swap(_start,v._start);
  98.             std::swap(_finish,v._finish);
  99.             std::swap(_finish,v._finish); 
  100.         }
  101.         //开空间
  102.         void reserve(size_t n)
  103.         {
  104.             if (n > capacity())
  105.             {
  106.                 size_t sz = size();//以防_start被改，size计算错误。保存size
  107.                 T* tmp = new T[n];
  108.                 /*if(_start) { memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size()); delete[] _start; }*/
  109.                 for(size_t i = 0;i<sz;++i)
  110.                 {
  111.                     //如果T是string
  112.                     //这里调用的就是string的赋值重载，string的赋值重载完成的是深拷贝
  113.                     tmp[i] = _start[i];
  114.                 }
  115.                 _start = tmp;
  116.                 _finish = _start + sz;
  117.                 //_finish = _start+size();//error，因为_start已经被修改，size计算错误了
  118.                 _endofstorage = _start + n;
  119.             }
  120.         }
  121.         //开空间+初始化
  122.         void resize(size_t n, const T& val = T())
  123.         {
  124.             if (n > size())
  125.             {
  126.                 if (n > capacity())
  127.                 {
  128.                     reserve(n);
  129.                 }
  130.                 while (_finish < _start + n)
  131.                 {
  132.                     *_finish = val;
  133.                     ++_finish;
  134.                 }
  135.                 /*for(iterator i=_finish;i<n;i++) { } _finish = n;*/
  136.             }
  137.             else
  138.             {
  139.                 _finish = _start + n;
  140.             }
  141.         }
  142.         void push_back(const T& x)
  143.         {
  144.             if (_finish == _endofstorage)
  145.             {
  146.                 size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
  147.                 reserve(newcapacity);
  148.             }
  149.             //new时初始化过了，可以直接复制
  150.             *_finish = x;
  151.             ++_finish;
  152.         }
  153.         void pop_back()
  154.         {
  155.             assert(!empty(*this));
  156.             --_finish;
  157.         }
  158.         iterator insert(iterator pos,const T& x)
  159.         {
  160.             assert(pos >= _start && pos <= _finish);
  161.             if(_finish == _endofstorage)
  162.             {
  163.                 //容量不够进行扩容
  164.                 size_t len = pos-_start;
  165.                 size_t newcapacity = capacity()==0?4:capacity()*2;
  166.                 reserve(newcapacity);
  168.                 pos = _start + len;
  169.             }
  170.             //挪动数据
  171.             iterator end = _finish-1;
  172.             while(end >= pos)
  173.             {
  174.                 *(end+1) = *(end);
  175.                 --end;
  176.             }
  177.             *pos = x;
  178.             ++_finish;
  179.             return pos;
  180.         }
  181.         iterator erase(iterator pos)
  182.         {
  183.             assert(pos >= _start && pos < _finish);
  184.             iterator it = pos+1;
  185.             while(it!=_finish)
  186.             {
  187.                 *(it-1) = *it;
  188.                 it++;
  189.             }
  190.             --_finish;
  191.             return pos;//返回删除位置的下一个位置
  192.         }
  193.        
  194.     private:
  195.         iterator _start;
  196.         iterator _finish;
  197.         iterator _endofstorage;
  198.     };
  199.     
  200.     void print(const vector<int>& v)
  201.     {
  202.         vector<int>::const_iterator it = v.begin();
  203.         while (it != v.end())
  204.         {
  205.             cout << *it << " " << endl;
  206.             ++it;
  207.         }
  208.         cout << endl;
  210.         //范围for
  211.         for (auto e : v)
  212.         {
  213.             cout << e << " ";
  214.         }
  215.         cout << endl;
  216.         for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
  217.         {
  218.             cout << v[i] << " ";
  219.         }
  220.         cout << endl;
  221.     }
  222.     void test_vector1()
  223.     {
  224.         vector<int> v;
  225.         v.push_back(1);
  226.         v.push_back(2);
  227.         v.push_back(3);
  228.         v.push_back(4);
  229.         vector<int>::iterator it = v.begin();
  230.         while (it != v.end())
  231.         {
  232.             cout << *it << " " << endl;
  233.             ++it;
  234.         }
  235.         cout << endl;
  237.         //范围for
  238.         for (auto e : v)
  239.         {
  240.             cout << e << " ";
  241.         }
  242.         cout << endl;
  243.         for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
  244.         {
  245.             cout << v[i] << " ";
  246.         }
  247.         cout << endl;
  248.     }
  249.     void test_vector2()
  250.     {
  251.         vector<string> v;
  252.         string s("hello");
  253.         v.push_back(s);
  254.         v.push_back(string("hello"));//自动隐式转换
  256.         v.push_back("hello");
  257.         v.push_back("hello");
  258.         v.push_back("hello");
  259.         v.push_back("hello");
  260.         for (auto e : v)
  261.         {
  262.             cout << e << " ";
  263.         }
  264.         cout << endl;
  265.     }
  266. }
  267. //迭代器失效问题
  268. //类似于野指针问题
  269. namespace std
  270. {
  271.     void test_vector1()
  272.     {
  273.         std::vector<int> v;
  274.         v.push_back(1);
  275.         v.push_back(2);
  276.         v.push_back(3);
  277.         v.push_back(4);
  278.         std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  279.         if (pos != v.end())
  280.         {
  281.             //找到了
  282.             v.insert(pos, 20);
  283.         }
  284.         //在insert以后pos可能就失效了，insert增容导致的，如果insert没有增容，pos还是指向原来的位置，访问没报错，那么我们依旧认为pos失效了，这里失效是指的是pos的意义变了，pos指向的不是原来的值了
  285.         cout << *pos << endl;
  286.         *pos = 100;
  287.     }
  289.     void test_vector2()
  290.     {
  291.         std::vector<int> v;
  292.         v.reserve(6);
  293.         v.push_back(1);
  294.         v.push_back(2);
  295.         v.push_back(3);
  296.         v.push_back(4);
  297.         std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  298.         if (pos != v.end())
  299.         {
  300.             //找到了
  301.             v.insert(pos, 20);
  302.         }
  303.         //在insert以后pos可能就失效了，insert增容导致的，如果insert没有增容，pos还是指向原来的位置，访问没报错，那么我们依旧认为pos失效了，这里失效是指的是pos的意义变了，pos指向的不是原来的值了
  304.         cout << *pos << endl;
  305.         *pos = 100;
  306.     }
  308.     void test_vector3()
  309.     {
  310.         std::vector<int> v;
  311.         v.push_back(1);
  312.         v.push_back(2);
  313.         v.push_back(3);
  314.         v.push_back(4);
  316.         std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
  317.         if (pos != v.end())
  318.         {
  319.             //找到了
  320.             v.erase(pos);
  321.         }
  322.         cout << *pos << endl;
  323.         *pos = 100;
  324.         //erase导致pos失效了，pos没有野指针，只是意义变了，但是vs版本进行了强制检查，都不能访问，同样的代码在Linux当中g++下不会报错，说明两个环境的检查机制不一样
  325. //但是无论编译器是否报错，erase(pos)以后，我们都认为pos失效了，失效了以后不要*pos访问，可能会出问题
  326.     }
  327.     void test_vector4()
  328.     {
  329.         ZSB::vector<int> v;
  330.         v.push_back(1);
  331.         v.push_back(2);
  332.         v.push_back(3);
  333.         v.push_back(4);
  334.         //要求删除v中所有偶数
  335.         ZSB::vector<int>::iterator it = v.begin();
  336.         while (it != v.end())
  337.         {
  338.             if (*it % 2 == 0)
  339.             {
  340.                 v.erase(it);
  341.             }
  342.             ++it;
  343.         }
  344.     }
  345. }
  346. int main()
  347. {
  348.     test_vector1();
  349.     return 0;
  350. }

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