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一、vector的基本结构
二、默认成员函数的实现
1.构造函数
2.拷贝构造函数
3.赋值运算符重载
4. 析构函数
三、迭代器相关函数 begin和end
四、容量和大小相关函数
size
capacity
reserve
resize
empty
五、修改容器的函数
push_back
pop_back insert… 文章目录
一、vector的基本结构
二、默认成员函数的实现
1.构造函数
2.拷贝构造函数
3.赋值运算符重载
4. 析构函数
三、迭代器相关函数 begin和end
四、容量和大小相关函数
size
capacity
reserve
resize
empty
五、修改容器的函数
push_back
pop_back insert
erase
swap
六、访问容器相关函数
operator[]
七、迭代器失效
1.迭代器失效的概念
2.列如我们的 vector容器
3.如何避免迭代器失效问题 一、vector的基本结构
首先定义一个vector模版类其中三个成员变量均为迭代器且此处vector的迭代器是一个原生指针我们这里为其定义别名iterator。
namespace My_Vector
{templateclass T//此处为类模板实现不同数据类型的存储class vector{public://vector迭代器为原生指针typedef T* iterator;//定义指针类型的别名iteratortypedef const T* const_iterator;//...函数接口的实现private:iterator _start;// 指向容器的开始iterator _finish;// 指向容器中最后一个有效数据的下一个位置iterator _endofstorage; // 指向存储容量的结尾};
} 私有成员变量 _start: 这是一个指针指向容器的第一个元素。 _finish: 这个指针指向容器中最后一个有效数据的下一个位置。 _endofstorage: 这个指针指向分配给vector的内存块的末尾。这不是最后一个有效元素的位置而是整个内存块的结束位置在这之后可能会有额外的未初始化空间预留以实现当vector增长时无需重新分配整个数组。 二、默认成员函数的实现
1.构造函数
构造函数1
vector首先支持一个无参的构造函数对于这个无参的构造函数我们直接将构造对象的三个成员变量都设置为空指针即可。
vector()//初始化列表构造:_start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstorage(nullptr)
{}
构造函数2
其次vector还支持使用一段迭代器区间进行对象的构造。因为该迭代器区间可以是其他容器的迭代器区间也就是说该函数接收到的迭代器的类型是不确定的这个类型也有可能是一个类所以我们这里需要将该构造函数设计为一个函数模板在函数体内将该迭代器区间的数据一个个尾插到容器当中即可。 //构造函数3
// 类模板的成员函数也可以是一个函数模板template class InputIteratorvector(InputIterator first, InputIterator last){while (first ! last)//左闭右开{push_back(*first);first;}}
构造函数3
此外vector还支持构造这样一种容器该容器当中含有n个值为val的数据。对于该构造函数我们可以先使用reserve函数将容器容量先设置为n然后使用push_back函数尾插n个值为val的数据到容器当中即可。
vector(size_t n, const T val)
{reseve(n);for (size_t i 0; i n; i){push_back(val);}
} 注意 1该构造函数知道其需要用于存储n个数据的空间所以最好用reserve函数一次性开辟好空间避免调用push_back函数时需要增容多次导致效率降低。 2该构造函数还需要实现两个重载函数。否则调用该构造函数的时候可能会出现一些问题。
vector(int n, const T val)
{reseve(n);for (int i 0; i n; i){push_back(val);}
}
vector(long n, const T val)
{reseve(n);for (long i 0; i n; i){push_back(val);}
}
可以看到这两个重载函数与之不同的就是其参数n的类型不同但这却是必要的否则当我们使用以下代码时编译器会优先与构造函数2相匹配。
vectorint v(5, 7); //调用构造函数3 构造函数4 vecotrh还支持使用initializer_listT构造initializer_list是一个类支持{}初始化。这个是在C11中新增的。
实现过程和构造函数3类似。 vector(initializer_listT il){reserve(il.size());for (auto e : il){push_back(e);}}
2.拷贝构造函数
拷贝构造函数的写法也比较简单使用范围for或是其他遍历方式对容器v进行遍历在遍历过程中将容器v中存储的数据一个个尾插过来即可。 vector(vectorT v){reserve(v.capacity);for (auto e : v){pushu_back(e);}} 3.赋值运算符重载
这里的写法较为巧妙可以参考前面的string模拟首先在右值传参时并没有使用引用传参因为这样可以间接调用vector的拷贝构造函数然后将这个拷贝构造出来的容器v与左值进行交换此时就相当于完成了赋值操作而容器v会在该函数调用结束时自动析构。
vectorT operator(vectorT v)
{swap(v);return *this;
}
4. 析构函数
对容器进行析构时首先判断该容器是否为空容器若为空容器则无需进行析构操作若不为空则先释放容器存储数据的空间然后将容器的各个成员变量设置为空指针即可。
~vector()
{if (_start)//避免对空指针释放{delete[] _start;_start nullptr;_finish nullptr;_endofstorage nullptr;}
}
三、迭代器相关函数
vector当中的迭代器实际上就是容器当中所存储数据类型的指针。
//vector迭代器为原生指针
typedef T* iterator;//定义指针类型的别名iterator
typedef const T* const_iterator; begin和end
begin返回容器当中的首地址end返回容器当中有效数据的下一个数据的地址
//可修改
iterator begin()
{return _start;//返回首地址
}
iterator end()
{return _finish;//返回容器当中有效数据的下一个数据的地址
}
//不可修改
再重载一对适用于const的begin和end,使得const对象调用begin和end时只能对数据进行读而不能进行修改。
//不可修改
const_iterator begin() const
{return _start;//返回首地址
}
const_iterator end() const
{return _finish;//返回容器当中有效数据的下一个数据的地址
}四、容量和大小相关函数
size
两个指针相减的结果就是这两个指针之间对应类型的数据个数所以size可以由_finish - _start得到
szie_t size()
{return _finish-_start;
}
capacity
capacity可以由_endofstorage - _start得到。
size_t capacity()
{return _endofstorage - _start;
}
reserve reserve规则 1、当n大于对象当前的capacity时将capacity扩大到n或大于n。 2、当n小于对象当前的capacity时什么也不做。
reserve函数的实现思路也是很简单的先判断所给n是否大于当前容器的最大容量否则无需进行任何操作操作时直接开辟一块可以容纳n个数据的空间然后将原容器当中的有效数据拷贝到该空间之后将原容器存储数据的空间释放并将新开辟的空间交给该容器维护最好更新容器当中各个成员变量的值即可。
void reserve(size_t n)
{if (n capacity()){size_t OldSize size();T* tmp new T[n];if (_start){// memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);for (size_t i 0; i size(); i){tmp[i] _start[i];}delete _start;}_start tmp;_finish _start OldSize;_endofstorage _start n;}
}
在reserve函数的实现当中有两个地方需要注意 1在进行操作之前需要提前记录当前容器当中有效数据的个数。 因为我们最后需要更新_finish指针的指向而_finish指针的指向就等于_start指针加容器当中有效数据的个数当_start指针的指向改变后我们再调用size函数通过_finish - _start计算出的有效数据的个数就是一个随机值了。 2拷贝容器当中的数据时不能使用memcpy函数进行拷贝。 可能你会想当vector当中存储的是string的时候虽然使用memcpy函数reserve出来的容器与原容器当中每个对应的string成员都指向同一个字符串空间但是原容器存储数据的空间不是已经被释放了相当于现在只有一个容器维护这这些字符串空间这还有什么影响。 但是不要忘了当你释放原容器空间的时候原容器当中存储的每个string在释放时会调用string的析构函数将其指向的字符串也进行释放所以使用memcpy函数reserve出来的容器当中的每一个string所指向的字符串实际上是一块已经被释放的空间访问该容器时就是对内存空间进行非法访问。 所以说我们还是得用for循环将容器当中的string一个个赋值过来因为这样能够间接调用string的赋值运算符重载实现string的深拷贝。 resize
resize规则 1、当n大于当前的size时将size扩大到n扩大的数据为val若val未给出则默认为容器所存储类型的默认构造函数所构造出来的值。 2、当n小于当前的size时将size缩小到n。
根据resize函数的规则进入函数我们可以先判断所给n是否小于容器当前的size若小于则通过改变_finish的指向直接将容器的size缩小到n即可否则先判断该容器是否需要增容然后再将扩大的数据赋值为val即可。
void resize(const T n,const T val T())
{if(size()n){_finish _start n;}else{reserve(n);while (_finish _start n){*_finish val;_finish;}}
}
empty
empty函数可以直接通过比较容器当中的_start和_finish指针的指向来判断容器是否为空若所指位置相同则该容器为空。
bool empty() const
{return _finish _start;
}
五、修改容器的函数
push_back
这里是老套路插入数据先考虑要不要扩容若已满则扩容然后将数据放到_finish指向的位置_finish再往后移。
void push_back(const T x)
{if (size() capacity()){reserve(capacity() 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish x;_finish;
}
pop_back
这里做一下判空处理
//尾删数据
void pop_back()
{assert(!empty()); //容器为空则断言_finish--; //_finish指针前移
}insert
insert函数可以在所给迭代器pos位置插入数据在插入数据前先判断是否需要增容然后将pos位置及其之后的数据统一向后挪动一位以留出pos位置进行插入最后将数据插入到pos位置即可。 注意 若需要增容则需要在增容前记录pos与_start之间的间隔然后通过该间隔确定在增容后的容器当中pos的指向否则pos还指向原来被释放的空间。
iterator insert(iterator pos, const T val)
{assert(pos _finish pos _start);if (_finish _endofstorage){size_t len pos - _start;reserve(capacity() 0 ? 4 : capacity() * 2);//这个时候的_start已经改变pos的对应位置也应该改变pos _start len;}iterator end _finish;while (end pos){*end *(end - 1);end--;}*pos val;_finish;return pos;
} 这里我们给了返回值涉及到迭代器失效问题会在后面讲到往下翻。 erase
erase函数可以删除所给迭代器pos位置的数据在删除数据前需要判断容器是否为空若为空则需做断言处理删除数据时直接将pos位置之后的数据统一向前挪动一位将pos位置的数据覆盖即可。
iterator erase(iterator pos)
{assert(pos _start);assert(pos _finish);iterator i pos 1;while (i _finish){*(i - 1) *i;i;}_finish--;return pos;
}
swap
swap函数用于交换两个容器的数据我们可以直接调用库当中的swap函数将两个容器当中的各个成员变量进行交换即可。
void swap(vectorT v)
{std::swap(_start, v._start);std::swap(_start, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
六、访问容器相关函数
operator[]
vector也是支持下标访问的。
T operator[](size_t i)
{assert(i size());return _start[i];
}const T operator[](size_t i) const
{assert(i size());return _start[i];
}
七、迭代器失效 1.迭代器失效的概念
在 C 中迭代器是一种用于遍历容器如vector、list、map等中元素的对象。迭代器失效是指当容器的内部结构发生改变时原来指向容器中元素的迭代器可能不再有效使用这些失效的迭代器可能会导致程序出现未定义行为如程序崩溃、错误的结果等。 2.列如我们的 vector容器
插入操作导致的失效 当在vector中插入元素时如果插入操作导致了容器的内存重新分配那么所有指向该容器的迭代器都会失效。这是因为vector的存储结构是连续的内存空间当元素数量增加到超过当前容量时vector会重新分配一块更大的内存空间来存储元素并将原来的元素复制或移动到新的内存空间中。例如在一个vectorint v中如果v.capacity() v.size() nn为要插入元素的数量就会发生内存重新分配。假设vector原来有一些迭代器指向其中的元素在重新分配内存后这些迭代器所指向的原来的内存地址已经不再是vector元素的有效地址了。不过如果插入操作没有导致内存重新分配那么只有指向插入位置及之后元素的迭代器会失效。这是因为插入元素后插入位置之后的元素会向后移动原来指向这些元素的迭代器就不再指向正确的元素了。删除操作导致的失效 当从vector中删除元素时指向被删除元素的迭代器会立即失效。而且指向被删除元素之后元素的迭代器也可能失效因为删除元素后后面的元素会向前移动这些迭代器可能不再指向正确的元素 3.如何避免迭代器失效问题 方法一及时更新迭代器
在进行可能导致迭代器失效的容器操作后及时重新获取有效的迭代器。例如在vector中插入元素后如果担心迭代器失效可以在插入操作后重新定位迭代器。假设it是一个指向vector元素的迭代器在插入元素后可以通过it v.insert(it, value);v是vector容器value是要插入的值来插入元素并更新迭代器it这样it就会指向新插入的元素之后可以继续安全地使用这个迭代器进行遍历等操作。 方法二使用返回值更新迭代器 我们这里使用的是这个方法
很多容器的插入和删除操作会返回有用的信息比如vector的erase操作会返回一个迭代器指向被删除元素之后的元素。可以利用这个返回值来更新迭代器避免使用已经失效的迭代器。例如it v.erase(it);这里v是vector容器it是指向要删除元素的迭代器执行erase操作后it就被更新为指向被删除元素之后的元素这样可以继续安全地使用it进行后续操作。 我们只有深入了解不同容器的内部结构和操作对迭代器的影响才能真正有效的避免这个问题比如当使用vector时要特别注意插入和删除操作可能导致的迭代器失效情况而在使用list时就可以相对放心地进行插入和删除操作只要正确处理被操作元素的迭代器即可。对于map和unordered_map在大多数情况下迭代器失效的情况相对较少但也要注意特殊情况。 本篇博客到此结束欢迎各位评论区留言~
