C++篇（8）vector的模拟实现

一、vector的成员变量

关于vector的成员变量，可能有人会模仿string来定义_a，_size和_capacity。这样定义固然没有什么问题，但是在C++标准库中的vector底层的成员变量是由三个迭代器类型的变量构成的（如下图所示）。

C++中vector的实现

三者的对应关系如下图所示：

为了和标准库尽量统一，所以这里我们也使用迭代器类型的变量来实现vector。

namespace bit
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

二、vector的成员函数

2.1 基本成员函数

vector和string很像，所以这边先直接给出几个基本的接口。

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

//模版 声明和定义不能分离到两个文件.h  .cpp
namespace bit
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;

		vector()
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{ }

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				// 拷贝旧数据到新空间
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + size();
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

		T& operator[](size_t i)
		{
			assert(i < size());

			return _start[i];
		}

		const T& operator[](size_t i) const
		{
			assert(i < size());

			return _start[i];
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
		}

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}

看似目前没有任何问题，都是模仿string来实现的，但是下面这个测试用例程序就崩溃了。

我们打开监视窗口一步一步来调试，发现在扩容这一步出现了问题（如下图）。

可以发现，_start 和 _endofstorage 都没有问题，并且二者之间相差16个字节。出现问题的就是_finish，_finish的值为空！也就是说红色框中的这一行代码出现了问题。

但是_start 是没有问题的，也就是说size() 出现了问题，导致_finish 的值为空。而size()函数是由_finish - _size构成的，_finish 是初始值0，但是此时的_start 已经是新的_start了。如下图所示：

所以_finish = _start + size()就变成了 _finish = _start + 0 - _start，最终_finish也就变成了0。想要解决这一问题，就需要在size更新之前，把旧的size用一个变量给记录下来。修改后的代码如下：

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		size_t old_size = size();
		T* tmp = new T[n];
		// 拷贝旧数据到新空间
		if (_start)
		{
			memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size);
			delete[] _start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + old_size;
		_endofstorage = _start + n;
	}
}

2.2 任意位置插入

C++标准库中的insert函数实现了三个版本，这里就简单实现第一个版本就行。

标准库提供的insert函数

思路很简单，就是把pos位置之后的值依次向后挪动，再把要插入的值放在pos位置，最后别忘记要让_finish++。

示意图

根据上面思路可以写出代码：

void insert(iterator pos, const T& x)
{
	assert(pos >= _start && pos <= _finish);

	if (_finish == _endofstorage)
	{
		reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
	}

	iterator end = _finish - 1;
	while (end >= pos)
	{
		*(end + 1) = *end;
		--end;
	}
	*pos = x;
	++_finish;
}

给个测试样例看一看：