一、标准库中的vector类
1.1 vector类介绍
1.2 vector的常用接口
1.2.1 常用的构造函数
1.2.2 容量操作接口
(1)size
(2)capacity
(3)empty
(4)resize
(5)reserve
1.2.3 访问和遍历
(1)operator[]
(2)迭代器
(3)at
(4)back
(5)front
1.2.4 vector的增删查改
(1)push_back
(2)pop_back
(3)find
(4)insert
(5)erase
(6)swap
(7)assign
(8)clear
1.3 迭代器失效
二、模拟实现vector类
一、标准库中的vector类
1.1 vector类介绍
vector用于表示大小可以变化的数组。
与数组类似,vector也采用连续的存储空间来存储元素,也就是说我们可以和数组一样使用下标对vector进行随机访问。但是相对于不能改变空间大小的数组而言,vector的优势在于它的大小可以动态改变。
前面我们学习了string类,对于同样使用顺序表结构的vector类而言,二者的很多地方是相通的,例如vector也可以进行尾插和尾删等操作。
vector是一个模板类,在使用时我们需要给出元素的类型。
vector类中通常有三个迭代器类型的成员变量,分别指向vector的开头、最后一个有效元素的后一位和vector的结尾
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
所以,vector的有效元素个数就等于_finish - _start,容量等于_end_of_storage - _start
我们通过vector类中的接口就能对这三个迭代器进行操作,从而完成增删查改等功能
在使用vector类时,必须包含头文件<vector>和using namespace std;
1.2 vector的常用接口
1.2.1 常用的构造函数
vector();
vector类的默认构造函数,构造一个没有元素的空容器
例如:
vector(size_type n, const value_type& val = value_type());
构造一个vector类对象并用n个val初始化
例如:
vector(const vector& x);
vector类的拷贝构造函数
例如:
Template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器进行初始化构造
例如:
1.2.2 容量操作接口
(1)size
size_type size() const;
获取有效元素个数
例如:
(2)capacity
size_type capacity() const;
获取容量大小
例如:
(3)empty
bool empty() const;
判断容器是否为空
例如:
(4)resize
void resize(size_type n, value_type val = value_type());
将有效元素的个数修改为n,并且如果n大于原来的size,多出来的地方用val填充
如果没有给出val,就用0填充
例如:
(5)reserve
void reserve(size_type n);
改变容量大小
例如:
1.2.3 访问和遍历
(1)operator[]
reference operator[](size_type n);
const_reference operator[](size_type n) const;
用下标访问vector
例如:
(2)迭代器
iterator begin();
const_iterator begin() const;
iterator end();
const_iterator end() const;
迭代器,用于获取容器中第一个元素的位置和最后一个元素的下一个位置
例如:
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rbegin() const;
reverse_iterator rend();
const_reverse_iterator rend() const;
反向迭代器,rbegin获取容器中最后一个元素的位置,rend获取容器中的第一个元素的前一个位置
例如:
需要注意,反向迭代器rit也要用++而不是--
(3)at
reference at(size_type n);
const_reference at(size_type n) const;
返回容器中位置n处的元素的引用
例如:
(4)back
reference back();
const_reference back() const;
返回容器中最后一个元素的引用
例如:
(5)front
reference front();
const_reference front() const;
返回容器中第一个元素的引用
例如:
1.2.4 vector的增删查改
(1)push_back
void push_back(const value_type& val);
从容器尾部插入一个元素
例如:
(2)pop_back
void pop_back();
从容器尾部删除一个元素
例如:
(3)find
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find(InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
在两个迭代器区间寻找val并返回其所在处的迭代器
例如:
需要注意的是,该函数并非vector的成员函数,是标准库中的函数,多个容器共用该find函数
(4)insert
iterator insert(iterator position, const value_type& val);
void insert(iterator position, size_type n, const value_type& val);
在position位置插入元素
例如:
对于这类可能会修改容量的函数,容易导致迭代器失效的问题,后面我们会详细讲
所以insert函数不仅需要完成插入元素的工作,有时还需要返回新的迭代器
(5)erase
iterator erase(iterator position);
iterator erase(iterator first, iterator last);
删除position位置的元素或者 [first,last) 区间的所有元素
例如:
(6)swap
void swap(vector& x);
交换两个vector的数据空间
例如:
(7)assign
template <class InputIterator>
void assign(InputIterator first, InputIterator last);
void assign(size_type n, const value_type& val);
为vector指定新内容,替换其当前内容并修改size
例如:
(8)clear
void clear();
从vector中删除所有元素,不改变容量大小
例如:
1.3 迭代器失效
迭代器的底层实际上就是一个指针或指针的封装,例如vector的迭代器就是一个原生态指针
当迭代器底层的指针指向的空间被销毁时,如果继续在程序中使用该迭代器,就会造成程序崩溃,这就是迭代器失效
对于vector,会导致迭代器失效的操作有:
- 可能造成空间改变的操作,如resize、reserve、insert、assign、push_back等
以上函数在使用时都可能会导致vector扩容,在扩容时原空间会被释放,迭代器就会指向一块被释放的空间
- 删除操作
假设有迭代器pos,使用pos删除pos对应位置的元素后,该迭代器对应的元素发生改变,属于迭代器失效
如果pos刚好对应最后一个元素,删除后迭代器pos就超出了有效元素范围,可能导致非法访问,属于迭代器失效
迭代器失效后,如果我们需要继续使用迭代器,给迭代器重新赋值即可
二、模拟实现vector类
知道了vector类中各种常用接口的用法后,我们就可以开始自己手撕一个自己的vector类了
为了不和标准库中的vector类冲突,我们可以开一个自己的命名空间
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <string>
using namespace std;
namespace Eristic
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
//此处包括下面的初始化列表都可以换用缺省值
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
}
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector<T>& operator=(vector<T>& v)
{
if (this != &v)
{
reserve(v.capacity());
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
return *this;
}
}
iterator begin()
{
return _start;
}
const_iterator cbegin() const
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if (_start)
{
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, T val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
if (n > size())
{
if (n > capacity())
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t range = pos - _start; //在扩容前需要记录相对位置
//在插入数据时发生了扩容,迭代器的位置会发生改变,叫做迭代器失效
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + range; //将pos也更新到新的位置
}
iterator end = _finish;
while (end > pos)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator start = pos + 1;
while (start < _finish)
{
*(start - 1) = *start;
++start;
}
--_finish;
return pos;
}
T& front()
{
return *_start;
}
const T& front() const
{
return *_start;
}
T& back()
{
return *(_finish - 1);
}
const T& back() const
{
return *(_finish - 1);
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
}
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