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🐵系列专栏：零基础学习C语言----- 数据结构的学习之路----C++的学习之路
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🎉文章简介：
🎉本篇文章将 介绍如何使用C++编写代码来实现一个类似于STL中的Vector容器 等学习的相关知识进行分享！
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一.前言
这篇文章将介绍如何使用C++编写代码来实现一个类似于STL中的Vector容器。Vector是一种动态数组，它可以根据需要自动调整大小，并提供了许多方便的方法来操作数据。在这篇文章中，你将学习如何使用指针和动态内存分配来创建一个可变大小的数组，并实现Vector的常见功能，如添加元素、删除元素、访问元素等。通过实现自己的Vector容器，你将更好地理解动态数组的原理和实现方式，并提升对C++语言的理解和掌握。
二.Vs下Vector的底层结构
vs下底层是一个类，类里面的成员变量包括三个指针，指针类型为所存储数据类型（T）的指针；
T* _start 指向的是存储数据所开空间的起始位置；
T* _finish 指向的是最后一个数据的下一个位置；
T* _endofstorage 指向的是所开空间的最后的下一个位置；
如图：
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
三.vector的模拟实现
1.构造函数
1.直接初始化为空指针，使用时再开空间
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr) //也可以在定义的时候直接给缺省值
,_endofstorage(nullptr)
{}
2.用一个迭代器区间构造（需要复用下面实现的push_back函数）
template<class intputiterator> //模板
vector(intputiterator first, intputiterator last)
{
while (first != last) //不能是用<判断，因为底层不一定连续
{
push_back(*first); //依次取里面的数据尾插
++first;
}
}
3.用n个T类型构造对象（这里需要后面实现的resize函数）
vector(size_t n,const T& x = T())
{
resize(n,x);
}
vector(int n, const T& x = T())
{
resize(n,x);
}
注意：这里为什么要实现两个？
2.reserve函数
结合下面代码和图解看看思路解析：
1.reserve函数可以单独使用，也可以在其他接口种会使用，我们实现的该函数不会缩容，所以最开始会加一个判断是否缩容；
2.reserve函数的实现是开一个新空间，将原空间的数据拷贝到新空间，再对_start,_finish,_endofstorage 进行处理；
3.这里需要记录一个原空间存储的有效数据的个数，为了确定_finish的位置（如果不存储，则当开辟好了新空间后，_finish的位置不能确定）
图解：
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size(); //旧空间有效数据个数
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity(); //需要判断，因为可能为0
iterator tmp = new T[newcapacity]; //开空间
//memcpy(tmp, _start,old_size * sizeof(T)); //下面会将为什么不用memmove函数
for (int i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i]; //拷贝数据
}
delete[] _start; //释放旧空间
_start = tmp;
_finish = _start + old_size; //确定_finish的位置
_endofstorage = _start + newcapacity;
}
}
为什么不用memmove？
当我们存储的数据类型为string时【如图一】每个string对象里面都有一个_str，指向一个字符串，当我们用memmove拷贝后，拷贝后的_str与拷贝前的_str指向同一块空间【如图二】，当我们释放_start的时候，会调用string的析构函数，将该空间释放掉，就会导致野指针问题；
3.push_back函数
思路：检查是否空间满了，扩容，直接尾插
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage) //检查是否需要扩容
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
*_finish = x; //尾插
++_finish; //更新下标
}
4.push_back函数
思路：与顺序表实现一样，直接–_finish;
void pop_back()
{
assert(size()); //检查是否还有有效数据可删
--_finish;
}
5.resize函数
思路：
分为三种可能:
1.n>capacity 扩容+尾插
2.size<n<capacity 直接尾插
3.n<size 尾删
值得注意的是传参给了缺省值，因为存储数据可能是string这种数据，给了缺省值会去掉对应的默认构造函数，虽然内置类型没有默认构造，但是为了解决这类问题，有了类似于默认构造类处理内置类型；
void resize(size_t n,T x=T() )
{
if (n<size()) //直接改变_finish
{
_finish = _start + n;;
}
else
{
if (n > capacity()) //扩容
{
reserve(n);
}
for (size_t i = size(); i <= n; i++) //尾插
{
_start[i] = x; //可以复用push_back函数
}
_finish = _start + n; //更新
}
}
6.insert函数
思路：
1.检查是否需要扩容
2.挪动数据
3.插入，更新下标
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos);
assert(pos >= _start); //断言
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start; //记录之前的值
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity(); //扩容
pos = _start + len; //更新pos下标
}
//memmove(pos+1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));
iterator end = _finish-1;
while (end>=pos)
{
*(end+1) = *end; //拷贝
end--;
}
*pos = x; //插入
++_finish;
return pos; //返回pos位置的迭代器，防止迭代器失效问题
}
7.erase函数
直接挪动数据覆盖
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish && pos >= _start); //断言
iterator end = pos;
while (end < _finish)
{
*end = *(end + 1); //挪动数据覆盖
end++;
}
--_finish; //更新下标
return pos; //返回pos位置的迭代器，防止迭代器失效问题
}
8.swap函数
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage,v._endofstorage);
}
9.赋值运算符重载
与上章《魔法之线：探索string类的神秘世界》链接: link赋值运算符重载方法一样；
现代写法：
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
10.拷贝构造函数
传统写法：
vector(const vector<T>& v)
{
iterator tmp = new T[v.capacity()];
memcpy(tmp, v._start, sizeof(T) * v.size());
_start = tmp;
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
}
稍便捷的方式
直接复用尾插函数，将对象v的数据一个一个尾插；
vector(vector<T>& v)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity()); //提前空间，减少尾插扩容
for (const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
11.其他简单函数的实现：
//判空
bool empty()
{
return size();
}
//返回第一个数据
T& front()const
{
return *_start;
}
//返回最后一个数据
T& back()const
{
return *(_finish-1);
}
//返回有效数据个数
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
//返回容量
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
//[]运算符重载
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos>=0 && pos<size());
return _start[pos];
}
T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos >= 0 && pos < size());
return _start[pos];
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
~vector()
{
if(_start)
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
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