C++:vector的模拟实现

vector的介绍与特点

1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
2. vector采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
3. vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
4. vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储
5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
6. 与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

所实现的接口

1.push_back：尾插；
2.pop_back:尾删
3.reverse:扩容
4.resize:增加数据
5.check_capacity:扩容检查
6.insert:
(1)insertFront:pos前插入
(2)insertBack:pos后插入
7.erase:pos删除

模拟实现

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<algorithm>
#include<list>
#include<string>
using namespace std;
namespace cpp
{
	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()
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{}
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
			: _start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			reserve(last - first);
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}
		// v1(v2)拷贝构造
		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
			this->swap(tmp);
		}
		// v1 = v2运算符重载
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
			this->swap(v);
			return *this;
		}
		~vector()
		{
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}
		//返回空间大小
		size_t capacity()
		{
			return _endofstorage - _start;
		}
		//返回有效数据大小
		size_t size()
		{
			return _finish - _start;
		}
		//返回pos位置
		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
		//增加数据
		void resize(size_t n,const T& val=T())
		{
			if (n > capacity())
				reserve(n);
			else
			{
				if (n < size())
				{
					_finish = _start + n;
				}
				else
				{
					while (_finish != _start + n)
					{
						*_finish = val;
						++_finish;
					}
				}
			}
		}
		//尾删
		void pop_back()
		{
			assert(_finish > _start);
			_finish--;
		}
		//pos前插入
		iterator insertFront(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			//提前保存pos的相对位置，可解决迭代器失效问题
			size_t posi = pos - _start;
			//可能在扩容检查之后pos还在原来的空间，pos变成野指针，迭代器失效
			check_capacity();
			pos = _start + posi;
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
			return pos;
		}
		//pos后插入
		iterator insertBack(iterator pos, const T& x) 
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			size_t posi = pos - _start + 1;

			check_capacity();
			pos = _start + posi;
			iterator end = _finish;
			while (end > pos)			
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
			return pos;
		}
		//pos删除
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos < _finish);
			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}
		//扩容
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				//size_t cpy = capacity();
				T* tmp = new T[n];
				memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
				delete[] _start;
				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}
		//扩容检查
		void check_capacity()
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
		}
		//尾插
		void push_back(const T& x)
		{
			check_capacity();
			*_finish = x;
			_finish++;
		}
	private:
		iterator _start;
		//有效数据结尾
		iterator _finish;
		//空间结尾
		iterator _endofstorage;
	};
}

#include"vector.h"
void TestVector1()
{
	cout << "TestVector1" << endl;

	cpp::vector<int> v;
	//尾插测试
	v.push_back(0);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	
	//遍历
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		//v[i] *= 2;
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	//迭代器测试
	cpp::vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}
void TestVector2()
{
	cout << "TestVector2" << endl;
	cpp::vector<int> v;
	v.push_back(0);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	cpp::vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	auto pos1 = find(v.begin(), v.end(), 5);
	//pos位置前插入测试
	v.insertFront(pos1, 9);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		//v[i] *= 2;
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	auto pos2 = find(v.begin(), v.end(), 5);
	//pos位置后插入测试
	v.insertBack(pos2, 9);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		//v[i] *= 2;
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	auto pos3 = find(v.begin(), v.end(), 5);
	//删除测试
	v.erase(pos3);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		//v[i] *= 2;
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	TestVector1();
	TestVector2();
	return 0;
}

OJ中的实例

杨辉三角

class Solution 
{
public:
    vector<vector<int>> generate(int numRows) 
    {
        vector<vector<int>> vv;
        vv.resize(numRows,vector<int>());
        int len=vv.size();
        for(size_t i=0;i<len;i++)
        {
            vv[i].resize(i+1,0);
            vv[i][0]=1;
            vv[i][vv[i].size()-1]=1;
        }
        for(size_t i=0;i<len;i++)
        {
            for(size_t j=0;j<vv[i].size();j++)
            {
                if(vv[i][j]==0)
                {
                    vv[i][j]=vv[i-1][j-1]+vv[i-1][j];
                }
            }
        }
        return vv;
    }
};