【探索C++中的顺序表】手动实现vector容器

骑猪看日落 2024-04-26 11:01 63阅读 0赞

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#### 文章目录 ####

*  前言
 *  一.vector和string的区别：
 *  二.vector的使用：
 *  三.vector的模拟实现：
 *   *  1.vector的成员变量：
     *  2.vector的迭代器问题（重点）：
     *   *  insert()函数：
         *  erase()函数：
         *  insert的迭代器失效：
         *  erase的迭代器失效：
         *  string的迭代器失效：
     *  3.vector深浅拷贝问题：
     *  4.vector构造函数问题：
 *  总结
 *  总结

## 前言 ##

在学习完string之后，我们来开始vector的学习，其实vector的各个函数和string是非常类似的，所以我们就着重讲讲vector的易错点就行了。

## 一.vector和string的区别： ##

vector是可变大小数组的序列容器，可以存储任意相同类型的元素。而string是专门用来存储字符串的。当然，我们不能用`vector<char>`来代替string，因为string存在着’\\0’的问题，并且string的有些函数是专门针对字符串的，而vector没有。

## 二.vector的使用： ##

在这里参考文档就可以了:[vector使用介绍][vector]  
  当然对于二维数组，我们就不得不说vector的优势了。在学习c语言时，对于二维数组，我们每一行每一列的大小的空间都是定死的，而如果我们使用`vector<vector<int>>`就可以灵活使用。  
![在这里插入图片描述][dee738e6e53c4b2f8acf1ad843dcbd1a.png]  
  在看完vector的使用文档我们就可以明白里面的原理：  
![在这里插入图片描述][5bc3a0fca41d4dd18180e4ea8185dca5.png]

## 三.vector的模拟实现： ##

在这里我们就就讲讲和string不同的地方即可，其他地方和string都是类似的。

### 1.vector的成员变量： ###

通过查看strl的vector（[stl的原代码实现][stl]）实现我们可以看出，vector的成员变量和string的是不太一样的：  
![在这里插入图片描述][655e41956725497fb337631533685e5d.png]  
  由此可见，vector的成员变量是通过三个指针来实现的。他们分别指向数组的开头，数组的有效尾部和数组的容量尾部。  
![在这里插入图片描述][effe45a590f647f89047402cb637bfb1.png]

### 2.vector的迭代器问题（重点）： ###

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T\* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，然而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

#### insert()函数： ####

iterator insert(iterator pos, const T& x)
    		{
        
    			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
    
    			if (_finish == _endofstorage)
    			{
        
    				size_t len = pos - _start;
    
    				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
    				reserve(newcapacity);
    
    				// 解决pos迭代器失效问题
    				pos = _start + len;
    			}
    
    			iterator end = _finish - 1;
    			while (end >= pos)
    			{
        
    				*(end + 1) = *end;
    				--end;
    			}
    
    			*pos = x;
    			++_finish;
    
    			return pos;
    		}

#### erase()函数： ####

iterator erase(iterator pos)
    		{
        
    			assert(pos >= _start && pos < _finish);
    
    			iterator it = pos + 1;
    			while (it != _finish)
    			{
        
    				*(it - 1) = *it;
    				++it;
    			}
    
    			--_finish;
    
    			return pos;
    		}

#### insert的迭代器失效： ####

**会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效**，比如：`resize`、`reserve`、`insert`、`assign`、`push_back`等。  
如果我们使用以下代码就会发现出错：

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(5);
    		v1.push_back(5);
    		v1.push_back(5);
    		auto pos=v1.begin();
    		v1.insert(pos);
    		v1.insert(pos+1);

这里迭代器失效的原因想必大家都知道，在扩容之后，成员变量的三个指针指向的空间发生了改变，此时我们pos就变成了一个野指针。所以此时我们的迭代器失效了。

#### erase的迭代器失效： ####

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，**理论上讲迭代器不应该会失效**，但是：如果**pos刚好是最后一个元素**，删完之后**pos刚好是end的位置**，而**end位置是没有元素的**，那么**pos就失效了**。

vs编译器为了防止这些现象的发生，就对迭代器进行了极端处理：在insert或erase使用了迭代器对象之后，不能在访问这个迭代器，**vs认为他是失效**，访问是未定义。

然而，在Linux的g++下面不存在这样的强制检查，有时候使用也是对的，但是这样的话就不符合代码的**可移植性**了。

这就是为什么我们在模拟实现的时候会返回一个迭代器，就是为了给这个迭代器重新赋值：

```cpp
    		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(5);
    		v1.push_back(5);
    		v1.push_back(5);
    		auto pos=v1.begin();
    		pos=v1.insert(pos);
    		pos=v1.insert(pos+1);

这样就不会出错了。

#### string的迭代器失效： ####

与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

总结一下，为了防止迭代器失效，在使用迭代器前，对迭代器重新赋值即可.

### 3.vector深浅拷贝问题： ###

假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？

vector<string> v1;
    		v1.push_back("edd");
    		v1.push_back("werewedf");
    		v1.push_back("sddeedf");
    		v1.push_back("sdwdf");
    		v1.push_back("Sdfef");

我们先来复习一下memcpy的性质：

*  memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中
 *  如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。

由此可见，在reserve里面如果使用memcpy函数，在vector这个类型里面，此时的复制就是浅拷贝。由于两个string指向同一个空间，在析构函数释放的时候就会出现问题。  
![在这里插入图片描述][37e41646fb924227b31768535d59d500.png]  
![在这里插入图片描述][551a96dfad1b4d9aac2af66a6a854a0a.png]

那么我们怎么解决这个问题呢？  
![在这里插入图片描述][e7529cda8c4d44bdb4c84a95f83d434c.png]  
因为不同的类不一样，我们不可能对于string单独写一个，list之类的也存在浅拷贝问题，所以我们直接使用string类的赋值重载来实现string对象的深拷贝：  
![在这里插入图片描述][9bf36763b73a4033b95de4216cf042e1.png]  
![在这里插入图片描述][6198b364335f4ddd9d7b58d08732aba7.png]

### 4.vector构造函数问题： ###

同学们在看vector构造函数的时候可能会看到这里：  
![在这里插入图片描述][6c0dd3515f2b4551855c83ae7fa1979b.png]  
随后便想自己模拟实现一下,但是这里的迭代器类型和模板类的迭代器类型可能不一样，比如当我们用string类来初始化vector的时候。

string str("你干嘛哈哈");
    	vector<char>(str.begin(),str.end());
    	//在这里迭代器不同。

所以我们要通过模板类里面在套模板来实现：

template<class InputIterator>
    		vector(InputIterator first, InputIterator last)
    		{
        
    			while (first != last)
    			{
        
    				push_back(*first);
    				++first;
    			}
    		}

## 总结 ##

总的来说，在学完string以后学习vector还是比较轻松的。这里是模拟实现的完整代码：[vector模拟实现][vector 1]

## 总结 ##

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[vector]: https://cplusplus.com/reference/vector/vector/
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[stl]: https://gitee.com/zhangxuruihhhh/data-structure/blob/master/stl30.tar.gz
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[vector 1]: https://gitee.com/zhangxuruihhhh/data-structure/tree/master/vector%E6%A8%A1%E6%8B%9F%E5%AE%9E%E7%8E%B0/vector%E6%A8%A1%E6%8B%9F%E5%AE%9E%E7%8E%B0
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