c++|vector使用及模拟实现

目录

一、vector的介绍

二、vector的使用(常用接口)

2.1string类的成员函数

2.1.1构造函数

2.1.2析构函数

2.1.3“=”运算符重载函数 

2.2 迭代器(iterator) 及 对象的遍历访问

2.2.1iterator

2.2.2 operator[] && at()

2.2.4 back() && front()

2.2.5 data

2.3vector类对象的容量操作

2.3.1 size() 

2.3.2capacity() && reserve && resize

​编辑2.3.3  empty() && clear()

2.3.4 shrink_to_fit() 

2.4vector类对象的修改操作

2.4.1 push_back  && assign && insert

2.4.2 find(算法库)

2.4.3 pop_back && erase

三、vector模拟实现

前一章学习了string，那么学习vector的过程就会轻松很多，他们的接口用法大致都是相同的，对于剩余的容器，都可以以此类推学习，轻松拿捏。学习过程中，先学会如何使用，再来剖析底层大致如何实现，要做到完全理解底层，目前水平还是不够的，最后来实现一个简易版的vector。

一、vector的介绍

跟string一样他也是一个类模板，跟string不一样的是由于没被typedef过，定义对象时需要显示实例化，例如：vector<int> v;方括号中传的是类型，表示v对象中的数据类型是int类型，vector<string> v1;表示v1对象中的数据类型是string类型

  • vector本质上可以理解为一个数组，数组是可变的，即可变大小的数组序列容器。
  • 它的空间是连续的 
  • 它的底层是使用动态分配数组来存储元素
  • 分配的空间比实际需要的存储空间更大来适应可能的空间增长。对于已经分配的空间，后续可能还要添加元素会让空间增大，所以一次性分配更大的空间。
  • vector相比其他动态序列容器，访问元素更具高效性，对于其他不在末尾修改元素的容器，vector是可以做修改的

二、vector的使用(常用接口)

跟string一样，在学习vector的过程中，一定要去查看他的文档vector - C++ Reference (cplusplus.com)icon-default.png?t=N7T8https://legacy.cplusplus.com/reference/vector/vector/，文档包含他的各种接口的介绍及用法，当然，其中可能会遇到新东西，这是很正常的，先了解，在学习使用。在学习了string类的接口之后，这里就不再过多详细介绍他们的用意了，而是直接使用，直到遇到新的接口再详说。在使用vector接口需包含头文件#include <vector>

2.1string类的成员函数

2.1.1构造函数

对于以下函数中的参数，不认识的先没必要去知道，先知道函数的作用及如何使用

default (1) 
   explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());
                                                    创建空对象

fill (2) 
explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),const allocator_type& alloc = allocator_type());
                                                 用n个值初始化对象

range (3) 
template <class InputIterator>vector (InputIterator first, InputIterator last,const allocator_type& alloc = allocator_type());
用一段区间的值初始化对象，模板参数可以是任何类型，如迭代器类型，指针类型
copy (4) 
                        vector (const vector& x);
                                                         拷贝构造
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v;//构造一个空对象vector<int> v1(4, 2);//用4个2初始化对象v1for (auto e : v1){cout << e;}cout << endl;vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());//用v1对象的迭代器区间的值初始化V2for (auto e : v2){cout << e;}cout << endl;char arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v3(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化对象v3for (auto e : v3){cout << e;}cout << endl;vector<int> v4(v3);//拷贝构造for (auto e : v4){cout << e;}cout << endl;return 0;
}

2.1.2析构函数

~vector(); 这个没啥好说的，对象销毁前编译器会自动调用

2.1.3“=”运算符重载函数 

vector& operator=(const vector& x);

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v;//构造一个空对象vector<int> v1(4, 2);//用4个2初始化对象v1v = v1;//v1赋值给vfor (auto e : v){cout << e;}cout << endl;return 0;
}

 

2.2 迭代器(iterator) 及 对象的遍历访问

2.2.1iterator

begin + end

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1(4, 2);//用4个2初始化对象v1vector<int>::iterator it = v1.begin();while (it != v1.end()){cout << *it;it++;}cout << endl;return 0;
}

 

rbegin + rend 反向迭代

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1vector<int>::reverse_iterator it = v1.rbegin();while (it != v1.rend()){cout << *it;it++;}cout << endl;return 0;
}

 

2.2.2 operator[] && at()

重载方括号，像数组一样使用下标进行访问    at()跟重载方括号差不多，返回对应位置的元素

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){cout << v1[i];}cout << endl;for (int i = 0; i < sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); i++){cout << v1.at(i);}cout << endl;return 0;
}

 

2.2.4 back() && front()

分别获取对象的最后一个元素和第一个元素

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1cout << v1.front() << endl;cout << v1.back() << endl;return 0;
}

2.2.5 data

value_type* data() noexcept;返回指向第一个元素的指针，指向元素可修改
const value_type* data() const noexcept;返回指向第一个元素的指针，指向元素不可修改

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1int* p = v1.data();*p = 10;p++;*p = 20;p[2] = 100;for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl ;return 0;
}

2.3vector类对象的容量操作

2.3.1 size() 

注意：vector类中没有提供length的操作

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1for (int i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.3.2capacity() && reserve && resize

capacity():获取当前对象的容量大小，reserve():扩容，但不会影响数据，resize():既影响容量，又影响数据 

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1cout << v1.capacity() << endl;v1.reserve(20);cout << v1.capacity() << endl;v1.resize(30, 1);//扩容，在原先基础上，多余的空间初始化为1，默认初始化为0cout << v1.capacity() << endl;for (int i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.3.3  empty() && clear()

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1while (!v1.empty()){for (int i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << " ";}cout << endl;v1.clear();//清空所有元素}return 0;
}

 

2.3.4 shrink_to_fit() 

 void shrink_to_fit();缩容到与_size一样大，不会影响数据

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{int arr[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));//用指针区间的值初始化v1cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;v1.reserve(100);cout << v1.capacity() << endl;v1.resize(3);//没有缩容，但改变了size大小cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;v1.shrink_to_fit();//缩容到与size一样大小cout << v1.capacity() << endl;return 0;
}

 

2.4vector类对象的修改操作

2.4.1 push_back  && assign && insert

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<double> v;v.push_back(1.1);v.push_back(2.2);v.push_back(3.3);v.push_back(4.4);v.push_back(5.5);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.assign(4, 10.1);//4个10.1赋值给对象，原先的内容会被替代，size也会改变for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;vector<double> v1;v1.assign(v.begin() + 1, v.end() - 1);//用迭代器区间之间的值赋值给v1for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;v1.insert(v1.end(), 20.2);//末尾插入20.2for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;v1.insert(v1.end(), 2, 30.3);//末尾插入2个30.3for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;v1.insert(v1.begin(), v.begin(), v.begin() + 2);//头部插入迭代器区间的值for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

2.4.2 find(算法库)

注意：在vector中并没有提供find接口，但算法库中有find，所以可以使用算法库中的find，也要包含一下算法库的头文件。 

template <class InputIterator, class T>
   InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);左闭右开，在迭代器区间查找值,找到，返回指向该值的迭代器。没找到，返回指向迭代器区间的last位置的迭代器

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<double> v;v.push_back(1.1);v.push_back(2.2);v.push_back(3.3);v.push_back(4.4);v.push_back(5.5);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;vector<double>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 2.2);cout << *it << endl;return 0;
}

 

2.4.3 pop_back && erase

函数原型：

void pop_back();删除最后一个位置的元素，size减1

iterator erase (iterator position);删除迭代器指向位置的元素
iterator erase (iterator first, iterator last);删除迭代器指向区间的值

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<double> v;v.push_back(1.1);v.push_back(2.2);v.push_back(3.3);v.push_back(4.4);v.push_back(5.5);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.erase(v.begin());v.erase(v.begin(), v.begin() + 1);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;return 0;
}

三、vector模拟实现

//vector.h
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;namespace bit
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}vector(){}//vector(const vector<T>& x)//{//	_start = new T[x.capacity()];//	memcpy(_start, x._start, x.size() * sizeof(T));//	_finish = _start + x.size();//	_end_of_storage = _start + x.capacity();//}vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}}//vector(size_t n, const T& x = T())//为了兼容模板参数，内置类型也有默认构造函数//{//	if (_start)//	{//		delete[] _start;//		_start = new T[n];//		for (int i = 0; i < n; i++)//		{//			_start[i] = x;//		}//		_finish += n;//		_end_of_storage = _finish;//	}//}vector(size_t n, const T& x = T()){resize(n, x);}/*	template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){if (_start){delete[] _start;_start = new T[last - first];memcpy(_start, first, last - first);_finish += last - first;_end_of_storage = _finish;}}*/template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);first++;}}vector<T>& operator=(vector<T> x){swap(x);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}size_t size() const{return _finish - _start;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t len = size();iterator tmp = new T[n];if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * (_finish - _start));//浅拷贝for (int i = 0; i < len; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + len;_end_of_storage = _start + n;}}void resize(size_t n, T x = T()){if (n > size()){reserve(n);while (_finish < _end_of_storage){*_finish = x;_finish++;}}else{_finish = _start + n;}}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}void push_back(const T& x){if (_finish == _end_of_storage){size_t newstorage = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newstorage);}//_start[_finish - _start] = x;*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){if (size()){--_finish;}}iterator insert(iterator position, const T& x){assert(position >= _start && position <= _finish);if (_finish == _end_of_storage){size_t newstorage = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newstorage);}iterator end = _finish - 1;while (end >= position){*(end + 1) = *end;}*position = x;_finish++;return position;}iterator erase(iterator position){assert(position < size());if (size()){size_t len = _finish - position - 1;for (int i = 0; i < len; i++){*(position + i) = *(position + i + 1);}--_finish;}return position;}void swap(vector<T>& x){std::swap(_start, x._start);std::swap(_finish, x._finish);std::swap(_end_of_storage, x._end_of_storage);}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{return _start[pos];}void vectortest(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (auto e : v){cout << e;}cout << endl;cout << v.capacity() << endl;v.reserve(100);cout << v.capacity() << endl;vector<string> s;s.push_back("a");vector<string> s1 = s;for (auto& e : s1){cout << e;}cout << endl;s.resize(10,"a");for (auto& e : s){cout << e;}cout << endl;cout << s.capacity() << endl;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};
}
//test.cpp
#include "vector.h"int main()
{bit::vector<int> s;s.vectortest();return 0;
}

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