vector深度剖析及模拟实现

🏞️1. vector的扩容机制

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;

int main()
{
	size_t sz;
	vector<int> foo;
	sz = foo.capacity();
	
	cout << "making foo grow: \n" << endl;
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		foo.push_back(i);
        //记录每次的扩容
		if (sz != foo.capacity())
		{
			sz = foo.capacity();
			cout << "capacity changed：" << sz << endl;
		}
	}

	return 0;
}

这是在VS版本下的扩容机制：每次扩容1.5倍

但在Linux下，它每次以2倍的方式扩容：

capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128

所以，它并不是每次必须以固定的方式扩容，而是选择一个合适的数值：

因为单次增容越多，插入N个值，当需要增容时，增容次数越少，但单次增容越多，可能浪费的空间就越多.

单次增少了，会导致频繁扩容，效率降低.

🌁2. vector迭代器失效问题

📖2.1 insert导致的失效

📖2.2 erase导致的失效

🌿3. vector拷贝问题

void reserve(size_t n)
{
    //记录与_start的相对位置, 用于更新_finish
    size_t sz = size();

    if (n > capacity())
    {
        T* tmp = new T[n];
        if (_start)
        {
            //这里使用了memcpy
            memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
            delete[] _start;
        }

        _start = tmp;
        _finish = _start + sz;
        _endofstorage = _start + n;
    }
}

我们在对vector进行扩容时，需要将原来空间上的数据拷贝到新开的空间上，那么拷贝数据使用memcpy会不会有问题呢？

首先来看一个简单的vector：

可以看到，对于上述简单的vector，使用memcpy并不会带来什么问题，但是让我们看看下面这个场景：

所以，在扩容时，我们不能使用简单的memcpy完成：

void reserve(size_t n)
{
    //记录与_start的相对位置, 用于更新_finish
    size_t sz = size();

    if (n > capacity())
    {
        T* tmp = new T[n];
        if (_start)
        {
            //memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
            for (size_t i = 0; i < size(); ++i)
            {
                tmp[i] = _start[i];
            }

            delete[] _start;
        }

        _start = tmp;
        _finish = _start + sz;
        _endofstorage = _start + n;
    }
}

🏜️4. 模拟实现vector

#pragma once
#include<cassert>

namespace stl
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

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

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

		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator end)
			: _start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			while (first != end)
			{
				//复用push_back
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		vector(size_t n, const T& val = T())
			: _start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = 0; i < n; ++i)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}

		//vector(const vector<T>& v)
		//	: _start(nullptr)
		//	, _finish(nullptr)
		//	, _endofstorage(nullptr)
		//{
		//	for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
		//	{
		//		//拷贝内容
		//		push_back(v[i]);
		//	}
		//}

		//拷贝构造
		vector(const vector<T>& v)
			: _start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			vector<T> tmp(v.begin(), v.end());

			//将局部对象的资源获取过来, 出作用域局部对象析构
			swap(tmp);
		}

		vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		{
			if (this != &v)
			{
				//将自己的资源释放掉
				if (_start)
				{
					delete[] _start;
					_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
				}

				reserve(v.capacity());
				for (auto e : v)
				{
					*_finish = e;
					_finish++;
				}
				/*for (int i = 0; i < v.size(); ++i)
				{
					_start[i] = v[i];
				}*/

				//_finish += v.size();
			}

			return *this;
		}

		//vector<T>& operator=(vector<T> v)
		//{
		//	//将自己的资源交给局部对象释放掉, 自己拿到局部对象的资源
		//	swap(v);
		//	return *this;
		//}

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

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

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

		void reserve(size_t n)
		{
			//记录与_start的相对位置, 用于更新_finish
			size_t sz = size();

			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
					for (size_t i = 0; i < size(); ++i)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}

					delete[] _start;
				}

				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			//首先检查是否需要扩容
			if (n > capacity())
			{
				reserve(n);
			}

			if (n > size())
			{
				//如果有效元素变多，填充即可
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
				//如果有效元素变少, 减少finish
				_finish = _start + n;
			}


		}

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				//需要扩容
				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);
			}

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		void pop_back()
		{
			if (_finish > _start)
			{
				--_finish;
			}
		}

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

			//检查扩容
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				//记录相对位置
				size_t n = pos - _start;

				size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newCapacity);

				//更新pos
				pos = _start + n;
			}

			//挪动数据
			iterator end = _finish;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				end++;
			}

			*pos = val;
			++_finish;

			return pos;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);

			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				//删除数据，覆盖，向前挪动数据
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}

			--_finish;

			return pos;
		}

		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}

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

			return _start[pos];
		}

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

			return _start[pos];
		}
	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};
}