【STL学习】（4）vector的模拟

前言

本文将模拟实现vector的常用功能，目的在于更深入理解vector。

一、前置知识

1. 在模拟之前先对vector的结构和常用接口学习，有一个大致了解。
2. 看源码，本文参考的源码是SGI版本的stl3.0。
   • 技巧：
     • 看源码不要一行一行的看，要先看框架，了解整体框架
     • 看源码要学会猜，根据单词的意思去猜它想表达什么。规范的代码，每一个名字都有它的含义。
     • 总结：一看框架；二去猜（带着猜想，去验证）。
   • 看框架的步骤：
     • 先看成员变量
     • 再看成员函数
3. 参考vector的源码：
   • vector的成员变量：是三个原生指针变量（设为原生指针类型有什么好处，在模拟时讲解）
   • vector的成员函数：vector的常用接口讲解链接
4. STL中的容器因为需要频繁的申请和释放空间，所以STL中提供了内存池（allocator类模板），内存池的本质是先在堆区中申请一定的空间留作备用，当有新的内存需求时，就从内存池中分出一块内存块，若内存块不够再继续申请新的内存，这样可以提高内存分配的效率。现阶段我们只是简单模拟vector，所以我们这没有使用内存池，而是直接在堆区申请空间，后期会讲解内存池的。

二、vector常用接口的模拟

1、vector的成员变量

vector的成员变量是三个原生指针T*：

1. _start：开始位置，即指向第一个元素的位置
2. _finish：结束位置，即指向最后一个元素的下一个位置
3. _end_of_storage：存储结束位置
   虽然vector使用的是三个原生指针，但是可以通过指针运算得到size和capacity。

代码示例：

//为了避免与库中的vector冲突，将其封装在wjs的命名空间中
namespace wjs
{
   
   
	//类模板的实现和定义不分离，后续学到模板进阶会讲解！
	template<class T>
	class vector
	{
   
   
	public:
		typedef T* iterator;
		//获取容器中的元素个数
		size_t size()const//内部不改变成员变量，建议加上const——普通对象和const对象都可以调用
		{
   
   
			//指针-指针=两者之间的元素个数
			return _finish - _start;
		}

		//获取为当前容器分配的存储空间
		size_t capacity()const//内部不改变成员变量，建议加上const——普通对象和const对象都可以调用
		{
   
   
			//指针-指针=两者之间的元素个数
			return _end_of_storage - _start;
		}
	private:
		iterator _start;//开始位置，指向第一个元素
		iterator _finish;//结束位置，指向最后一个元素的下一个位置
		iterator _end_of_storage;//指向存储结束位置
	};
}

tip：

1. 使用命名空间将我们模拟实现的vector封装，避免命名冲突。
2. 类模板的定义与实现不分离，后续在模板进阶讲解。
3. size和capacity可以通过指针-指针得到，注意指针-指针运算有一个前提是：物理存储空间是连续的。
4. const成员：
   • const修饰的是*this，即const成员函数的内部不能修改成员变量
   • 建议只要成员函数内部不修改成员变量，都应该加const，这样普通对象和const对象都可以调用

2、vector的默认成员函数

构造函数：

• 构造函数：创建类对象时，编译器自动调用，给成员变量赋初值
• 类的成员变量建议在初始化列表初始化
• 成员变量为内置类型需要我们手动初始化，不然为随机值；成员变量为自定义类型不初始化，会去调用它的默认构造（建议每个类，都要有一个默认构造）
• vector的常用构造函数：
  • 默认构造函数：一般使用最多，构造一个空的vector，即将每个成员初始化为空
  • 构造并初始化n个val：先初始化成员变量，再复用reserve开n的空间，最后再通过尾插将val插入容器
  • 使用迭代器初始化构造：先初始化成员变量，再将迭代器区间的数据尾插入容器
    
    

析构函数：

• 析构函数：对象销毁时，编译器自动调用，完成对象中资源的清理
• 编译器生成的析构函数，对内置类型不做处理，自定义类型会去调用它的析构函数
• 当类涉及动态资源的申请时，就需要显式实现析构释放资源。
  
  

赋值重载函数：

• 赋值重载函数：已经存在的两个对象复制拷贝
• 当类涉及资源管理时，就需要自己显示实现完成深拷贝，编译器默认生成的赋值重载函数只能完成浅拷贝
• 赋值重载深拷贝的现代写法：让形参去调用拷贝构造，去帮我们开空间拷贝数据，之后与形参交换（函数结束后形参销毁，也顺便帮我们把旧空间释放了）
• 现代写法无法避免自己给自己赋值的情况，当现实中也很少会出现
  
  

拷贝构造函数：

• 拷贝构造函数：用一个已经存在的对象初始化另一个对象
• 注意：拷贝构造只有一个参数，并且必须是本类型的引用（使用传值会引发无限递归）
• 编译器默认生成的拷贝构造也是只能完成浅拷贝，所以当类涉及资源管理时，就需要自己显式实现完成深拷贝
• 拷贝构造深拷贝的现代写法：自己开空间，自己拷贝数据
  
  

总结：当类涉及资源管理时，拷贝构造、赋值重载、析构都需要显式实现。

//为了避免与库中的vector冲突，将其封装在wjs的命名空间中
namespace wjs
{
   
   
	//类模板的实现和定义不分离，后续学到模板进阶会讲解！
	template<class T>
	class vector
	{
   
   
	public:
		//默认构造函数
		vector()
			//初始化列表：成员变量定义的地方，建议在初始化列表初始化成员变量
			//成员变量为内置类型不初始化，为随机值
			:_start(nullptr),
			_finish(nullptr),
			_end_of_storage(nullptr)
		{
   
   }
		//构造并初始化n个val
		vector(size_t n, const T& val = T())//T()调用构造函数
			//初始化成员变量
			:_start(nullptr),
			_finish(nullptr),
			_end_of_storage(nullptr)
		{
   
   
			//复用reserve，开空间
			reserve(n);
			//复用push_back，尾插n个val
			for (size_t i = 0; i < n; ++i)
			{
   
   
				push_back(val);
			}
		}
		//使用迭代器区间初始化
		//类模板的成员函数也可以是函数模板
		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
			//初始化成员变量
			:_start(nullptr),
			_finish(nullptr),
			_end_of_storage(nullptr)
		{
   
   
			//复用push_back，将迭代器区间[first，last)的数据尾插进容器
			while (first != last)
			{
   
   
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		//当wjs::vector<int> v(10, 1);报错——》 error C2100: 非法的间接寻址
		//函数重载，调用时会走最匹配的，wjs::vector<int> v(10, 1)两个参数类型都是int，所以他走使用迭代器构造
		//重载一个vector(int n, const T& val = T())，他就会走构造n个val
		//构造并初始化n个val
		vector(int n, const T& val = T())//T()调用构造函数
			//初始化成员变量
			:_start(nullptr),
			_finish(nullptr),
			_end_of_storage(nullptr)
		{
   
   
			//复用reserve，开空间
			reserve(n);
			//复用push_back，尾插n个val
			for (int i = 0; i < n; ++i)
			{
   
   
				push_back(val);
			}
		}
		
		//交换两个vector对象
		void swap(vector<T>& v)
		{
   
   
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish)