C++之vector原理解析以及坑点

已于 2024-03-25 22:43:59 修改
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文章标签： c++ 开发语言
于 2024-02-28 10:31:43 首次发布
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本文详细介绍了C++标准库中的vector类的底层原理、构造函数、析构函数以及关键操作如reserve、insert、erase和resize的方法，包括内存管理、扩容逻辑和浅拷贝/深拷贝的区别。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

vector的特点:

在这里插入图片描述

vector的底层原理是数组,只不过是在数组的基础上多加了几个指针.请看详细的定义.数组的有点就是支持随机访问,但是增删都效率不高.

首先vector需要一个泛型来表示容器装入的数据类型.然后迭代器(iterator)其实是(T*).这个泛型指针的别名.

template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		// _endofstorage是来判断是否需要增容
		iterator _endofstorage;
	};

这是对于几个指针的直观表示
在这里插入图片描述

对于一个容器,我们从构造函数,赋值表达式,拷贝构造函数,异构函数开始.然后再讲增删改查.
构造函数

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

析构函数

	~vector()
	{
		delete[] _start;
		_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
	}

查看size大小,有效长度

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

查看最大容量大小,这个关乎于是否需要扩容

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

begin函数和end函数

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

开辟空间reserve方法

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
					// 释放旧空间
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = tmp + sz;
				_endofstorage = tmp + n;

			}
		}

问题一:为什么代码要向我这样写,而不像这样写,有什么问题呢?

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * n);
					// 释放旧空间
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = tmp + size();
				_endofstorage = tmp + capacity();

			}
		}

有人提问就在评论区给大家解答哟!
插入函数insert(任意位置)

		void insert(iterator pos,const T& x)
		{
			assert(pos <= _finish);
			// 需要增容了,先确定增容的大小,初始为0的话就先设置为2.
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				//这里的逻辑很重要
				size_t n = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
				pos = _start + n;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;

		}

问题二:在逻辑很重要的地方,这样写可以不?为什么要这样更新一下pos

	size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
	reserve(newcapacity);

尾插push_back,只有一行代码

		void push_back(const T& x)
		{
			//if (_finish == _endofstorage)
			//{
			//	size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
			//	reserve(newcapacity);
			//}
			//*_finish = x;
			//++_finish;
			insert(_finish, x);
		}

任意位置删除函数方法erase

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos < _finish);
			iterator it = pos;
			while (it < _finish)
			{
				*it = *(it + 1);
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}

尾删pop_back,同样一行

void pop_back()
	{
/*		assert(_start < _finish);
		--_finish;*/
		erase(_finish - 1);
	}

resize()方法,resize的效果就是会有一个初始值,并且空间大小是自己定义的,若resize比你原来的空间大,剩下的空间会有一个初始值填补.

		void update(iterator pos,const T& x)
		{
			*pos = x;
		}

		void updateAll(iterator begin, iterator end, const T& x)
		{
			iterator it = begin;
			while (it < _finish)
			{
				*it = x;
				++it;
			}
		}

		// 这样写的意义是给一个T类型的缺省值
		// 不仅会开空间，还会初始化
		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			size_t sz = capacity();
			if (n > sz)
			{
				reserve(n);
				iterator it = _finish;
				_finish = _start+n;
				// 怎么修改值
				updateAll(it, _finish, val);
				
			}
			else if (n == sz)
			{
				// 只需要修改值
				
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
				// 修改值
			}
		}

以下是完整的代码

template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
		// 构造函数
		vector()
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{}

		~vector()
		{
			delete[] _start;
			_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
		}

		// 拷贝构造深拷贝
		//vector(const vector<T>& v)
		//{
		//	_start = new T[v.capacity()];
		//	_finish = _start;
		//	_endofstorage = _start + v.capacity();

		//	for (size_t i = 0;i < v.size();i++)
		//	{
		//		*_finish = v[i];
		//		++_finish;
		//	}
		//}

		// 深拷贝新写法
		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (const auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}
		

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
					// 释放旧空间
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = tmp + sz;
				_endofstorage = tmp + n;

			}
		}
		void push_back(const T& x)
		{
			//if (_finish == _endofstorage)
			//{
			//	size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
			//	reserve(newcapacity);
			//}
			//*_finish = x;
			//++_finish;
			insert(_finish, x);
		}

		T operator[](size_t i)
		{
			assert(i < size());
			return _start[i];
		}

		T operator[](size_t i)const
		{
			assert(i < size());
			return _start[i];
		}

		// 赋值操作符
		//vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		//{
		//	if(this!=&v)
		//	{
		//		delete[] _start;
		//		_start = new T[v.capacity()];
		//		memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
		//	}
		//	return *this;
		//}
		//v1=v3
		vector<T>& operator=( vector<T> v)
		{
			swap(_start, v._start);
			swap(_finish, v._finish);
			swap(_endofstorage, v._endofstorage);
			return *this;
		}
		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

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

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const iterator begin() const
		{
			return _start;
		}
		const iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		// 只读迭代器
		void print_vector(const vector<int>& v)
		{
			vector<int>::const_iterator cit = v.begin();
			while (cit != v.end())
			{
				cout << *cit << " ";
				++cit;
			}
			cout << endl;
		}

		// 尾巴删除
		void pop_back()
		{
	/*		assert(_start < _finish);
			--_finish;*/
			erase(_finish - 1);
		}
		void insert(iterator pos,const T& x)
		{
			assert(pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				//这里的逻辑很重要
				size_t n = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
				pos = _start + n;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;

		}

		// 返回值是删掉pos位置的下一个位置
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos < _finish);
			iterator it = pos;
			while (it < _finish)
			{
				*it = *(it + 1);
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}
		void update(iterator pos,const T& x)
		{
			*pos = x;
		}

		void updateAll(iterator begin, iterator end, const T& x)
		{
			iterator it = begin;
			while (it < _finish)
			{
				*it = x;
				++it;
			}
		}

		// 这样写的意义是给一个T类型的缺省值
		// 不仅会开空间，还会初始化
		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			size_t sz = capacity();
			if (n > sz)
			{
				reserve(n);
				iterator it = _finish;
				_finish = _start+n;
				// 怎么修改值
				updateAll(it, _finish, val);
				
			}
			else if (n == sz)
			{
				// 只需要修改值
				
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
				// 修改值
			}
		}

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		// _endofstorage是来判断是否需要增容
		iterator _endofstorage;
	};

最后的最后的小坑.运行这个测试用例会报错.
测试用例1,我们的初始空间是2.在开辟空间的时候

size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2;

	void test_vector8()
	{
		vector<string> v;
		v.push_back("111111111111111");
		v.push_back("222222222222222");
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

这里没问题
在这里插入图片描述
若在此基础上运行代码

void test_vector8()
	{
		vector<string> v;
		v.push_back("111111111111111");
		v.push_back("222222222222222");
		v.push_back("333333333333333");
		v.push_back("444444444444444");

		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

在这里插入图片描述
报错啦报错啦.为什么呢?
在这里插入图片描述
这是是我们扩容的时候采用的memcpy是浅拷贝,把它换成深拷贝就行啦.
更换

void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t sz = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					/*memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);*/
					// 释放旧空间
					for (int i = 0;i < size();i++)
					{
						tmp[i] = *(_start + i);
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = tmp + sz;
				_endofstorage = tmp + n;

			}
		}

成功运行了
在这里插入图片描述

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