C++STL容器——vector和模拟实现
1 vector的介绍和使用
1.1 vector 的介绍
vector 是动态顺序数组，属于序列式容器，底层基于连续堆内存实现和顺序表实现方式类似
核心特性:
1 内存连续:元素在内存中紧密排布，支持随机访问（[],at()），访问效率极高。
2 动态扩容:容量不足时自动重新分配更大内存，无需手动管理数组大小.
3 自动释放:容器销毁 / 元素移除时，自动释放对应内存。
1.2 vector 的使用和问题
vector 的定义
| (constructor) 构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| vector ()（重点） | 无参构造 |
| vector (size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造并初始化 n 个 val |
| vector (const vector& x);（重点） | 拷贝构造 |
| vector (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
vector iterator 的使用
| iterator 的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| begin + end（重点） | 获取第一个数据位置的 iterator/const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的 iterator/const_iterator |
| rbegin+ rend | 获取最后一个数据位置的 reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator |
vector 容器空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
|---|---|
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取容量大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize（重点） | 改变 vector 的 size,小于n就会减小数据个数到n,大于n就扩大数据个数到n |
| reserve（重点） | 改变 vector 的 capacity,大于n就把空间扩容到n,小于n不做处理 |
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2
倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是
根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代
价缺陷问题。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size
vector 增删查改
| vector 增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back（重点） | 尾插 |
| pop_back（重点） | 尾删 |
| find | 查找。(注意这个是算法模块实现，不是 vector 的成员接口) |
| insert | 在 position 之前插入 val |
| erase | 删除 position 位置的数据 |
| swap | 交换两个 vector 的数据空间 |
| operator[]（重点） | 像数组一样访问 |
| assign | 拷贝n个数据，替换vector原本的内容 |
| clear | 清楚vector中所有的元素 |
| emplace_back | 尾插无数个任意类型的数据(移动语义+可变模板参数) |
| emplace | 在任意位置插入无数个任意类型的数据(移动语义+可变模板参数) |
vector 迭代器失效的问题和解决办法
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，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)
1 erase使用后的迭代器失效
1 当我们使用erase后vector的删除是移动数据将它覆盖，但是此时erase完后迭代器指针指向的是被删除元素的下一个元素造成了迭代器错位所以使得迭代器失效.如果删除的元素是最后一个那删除元素就会使得迭代器指向的位置没有元素程序会崩溃
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}2 更改底层空间导致迭代器失效
比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等
在我们插入数据，扩容，插入数据等，如果空间不足vector底层是顺序表会扩容重新开辟空间使得原来的迭代器指向的空间是就空间迭代器就是野指针造成无效访问程序崩溃
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
// v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释
放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块
已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给
it重新赋值即可。
*/
while(it != v.end())
{
cout<< *it << " " ;
++it;
}
cout<<endl;
return 0;
}3 解决办法
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
2 vector的深度剖析及模拟实现
2.1 vector工作流再览
2.2 vector 模拟实现
#include <iostream>
using namespace std;
namespace yjs
{
template<class T>
class vector
{
public:
// Vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator cbegin()
{
return (const_iterator)_start;
}
const_iterator cend() const
{
return (const_iterator)_finish;
}
// construct and destroy
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
}
vector(int n, const T& value = T())
{
_start = new T[n];
_endOfStorage = _start + n;
_finish = _start;
for (int i = 0; i < n; i++)
{
*_finish = value;
++_finish;
}
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
int n = last - first;
_start = _finish = new T[n];
_endOfStorage = _start + n;
while (first != last)
{
_finish = *first;
_finish++;
first++;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
int n = v._endOfStorage - v._start;
_start =_finish= new T[n];
_endOfStorage = _start + n;
iterator cur = v._start;
while (cur != v._finish)
{
*_finish = *cur;
++cur;
++_finish;
}
}
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{
int n = v._endOfStorage - v._start;
_start = _finish = new T[n];
_endOfStorage = _start + n;
iterator cur = v._start;
while (cur != v._finish)
{
_finish = *cur;
++cur;
++_finish;
}
}
~vector()
{
delete[] _start;
}
// capacity
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > _endOfStorage - _start)
{
iterator temp = new T [n];
iterator cur = temp;
while (_start != _finish)
{
*cur = *_start;
_start++;
cur++;
}
_start = temp;
_finish = cur;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
int len = _finish - _start;
if (n > len)
{
n -= len;
while (n--);
{
*_finish = value;
++_finish;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}
///////////////access///////////////////////////////
T& operator[](size_t pos)
{
return *(_start + pos);
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
return (const T)*(_start + pos);
}
///////////////modify/////////////////////////////
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve((_endOfStorage - _start) == 0 ? 2 : 2 * _endOfStorage - _start);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back()
{
_finish--;
}
void swap(vector<T>& v)
{
vector<T> temp = v;
v._start = _start;
v._endOfStorage = _endOfStorage;
v._finish = _finish;
_start = temp._start;
_finish = temp._finish;
_endOfStorage = temp._endOfStorage;
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve((_endOfStorage - _start) == 0 ? 2 : 2 * (_endOfStorage -_start));
pos = _start;
}
iterator it = _finish+1;
while (it != pos)
{
*it = *(it - 1);
--it;
}
*pos = x;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
iterator cur = pos;
while (cur != _finish)
{
*cur = *(cur + 1);
cur++;
}
}
private:
iterator _start; // 指向数据块的开始
iterator _finish; // 指向有效数据的尾
iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾
};
}2.3 使用memcpy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？
int main()
{
yjs::vector<yjs::string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}问题分析：
1. 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
2. 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
结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为
memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。
2.4 动态二维数组理解
yjs::vector<yjs::vector<int>> vv(n); 构造一个vv动态二维数组，vv中总共有n个元素，每个元素
都是vector类型的，每行没有包含任何元素，如果n为5时如下所示
vv中元素填充完成之后，如下图所示：
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