C++的STL中vector的扩容思想及实现

原理

C++的STL库中的vector，是一种使用很频繁的容器，因为它是一个自动扩容的容器，使用起来比较灵活，可以一直往容器的末尾添加数据。

那么它是怎么实现自动扩容的呢？其实关键点就是对于容器里的元素数量进行判断，当容器的存储数量已经达到容量时，那么就需要进行一个倍增扩容了。整体的一个扩容流程为：申请新的内存空间（空间大小为原空间的两倍或一点五倍）—> 把原空间的元素拷贝到新的空间里 —> 释放原空间 —> 数组指针指向新空间。

实现

vec_inc.hpp

#ifndef _VECTOR_H_
#define _VECTOR_H_

#include <iostream>

using namespace std;

// 创建模板类
#define VECTOR_BASE_SIZE 5 // 默认基础容量
#define INC_BASE         2 // 默认扩容倍数

template <class T>
class Vector {
public:
// 常见的vector构造函数
    Vector()
    : _cap(VECTOR_BASE_SIZE), _size(0) 
    {
        _arr = new T[VECTOR_BASE_SIZE];
    }
    Vector(int cap)
    : _cap(cap), _size(0) 
    {
        _arr = new T[cap];
    }

    Vector(int cap, T e) 
    : _cap(cap), _size(0) 
    {
        _arr = new T[cap];
        for (int i = 0; i < cap; i++) 
            _arr[i] = e;
    }

	~Vector() 
    {
        if (_arr) {
            delete[] _arr;
            _arr = nullptr;
        }
        _cap = 0;
        _size = 0;
    }

// 向尾部插入元素
    void push_back(T e)
    {
        // 先要判断当前的存储数量是不是已经到达容器容量
        if (_cap == _size) // 已经到达最大容量了，需要进行扩容
        { 
            // 开辟一块新的内存，原来的元素拷贝过去
            T *new_arr = new T[_cap * 2];
            for (int i = 0; i < _cap; i++) 
                new_arr[i] = _arr[i];
            // 释放原来那块内存，重新指向
            delete[] _arr;
            _arr = new_arr;
            _cap *= 2;
        }
        // 插入最后
        _arr[_size++] = e;
    }

// 删除尾部元素
    void pop_back()
    {
        if (_size) // 有元素,让下标减1
            _size--;
    }

// 获取尾部元素
    T back()
    {
        if (_size)
            return _arr[_size - 1];
    }

// 获取头部元素
    T front()
    {
        if (_size)
            return _arr[0];
    } 

// 重载下标运算符
    T operator [](int idx)
    {
        if (idx >= _size || idx < 0) // 非法下标，不允许访问，返回相关出错信息
        {
            cout << "This index invalid.Return arguement idx." << endl;
            return idx;
        }
        return _arr[idx];
    }

// 获取容量和已存储数量
    int size() const 
    {
        return _size;
    }
    int capacity() const
    {
        return _cap;
    }

private:
    T* _arr;
    int _cap;
    int _size;
};
#endif // !_VECTOR_H_

main.cpp

#include <iostream>
#include "vec_inc.hpp"

using namespace std;

int main() 
{
    Vector<int> vec;
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        vec.push_back(i+1);
        cout << "capacity: " << vec.capacity() << " size: " << vec.size() << endl;
    }

    cout << "idx: 5 element: " << vec[5] << endl;

    return 0;
}

capacity: 5size: 1
capacity: 5size: 2
capacity: 5size: 3
capacity: 5size: 4
capacity: 5size: 5
capacity: 10size: 6
capacity: 10size: 7
capacity: 10size: 8
capacity: 10size: 9
capacity: 10size: 10
idx: 5 element: 6

总结

上面的程序只是对于vector的扩容原理进行简单的实现，大家可以参考，然后去实现一下，重在理解原理，倍增思想。

以上有什么错误的话，请大家积极指出，欢迎留言！

（码文不易，希望得到大家的点赞和关注）