C++之打造my vector篇

embedded/2024/12/22 2:21:25/

目录

前言

1.参照官版，打造vector的基本框架

2.丰富框架，实现接口方法

基本的迭代器实现

数据的[]访问

容量和数据空间的改变

vector空间大小的返回与判空

数据的增删

数据打印

拷贝构造和赋值重载

3.扩展延伸，深度理解代码

迭代器失效问题

使用memcpy的拷贝问题

结束语

前言

前面章节我们讲解了vector相关接口，方法的使用，本节内容我们将自己创造vector,模仿官方的接口方法。

1.参照官版，打造vector的基本框架

通过查看官方文档我们知道，vector是个可以变化的数组，是个容器，可以储存一系列数据，

是典型的模版类。

且有三个基本成员start,finish,end_of_storage,我们可以理解为指向数组的开端，数据的结尾，以及容量的结束指针。

上图为插入成员后的分布情况。

故创造了一下的基本框架，因为是我们自己的实现，所以定义了一个my_vector的命名空间，

namespace my_vector {template<class T>class vector {public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector() {}~vector() {if (_start) {delete[]_start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}
}
private:iterator _start = nullptr;iterator _finish=nullptr;iterator _end_of_storage=nullptr;
};

这里我们采用初始化列表来进行默认构造，直接使用私有成员的缺省值，较为简便。

C++11前置生成默认构造

vector()=default;

2.丰富框架，实现接口方法

基本的迭代器实现

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

就是比较简单的返回开始和结束的指针。

数据的[]访问

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

顾名思义就是相似于数组的下标访问

容量和数据空间的改变

void reserve(size_t n) {if (n > capacity()) {size_t oldsize = size();T* temp = new T[n];memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));
/*for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {temp[i] = _start[i];}
*/delete[]_start;_start = temp;_finish =temp + oldsize;_end_of_storage = temp+n;}
}

对于扩容操作，我们创建了一个新的数组，然后定义一个oldsize来存储以前的数据空间，来确定之后的_finish位置，因为我们在之前释放了原来的数组了，如果不想这样操作，不想定义一个oldsize,就要把delete操作放在_finish=temp+size（）之后。

这里用了memcpy函数来转移数据，但是我们会发现有一个小小的问题，当数据类型为string时，程序会崩溃，这个后续会讲解的。

void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}

resize函数的作用是调整容器的大小，使其能够容纳n个元素。如果n小于当前容器的大小，则容器会被截断；如果n大于当前容器的大小，则容器会被扩展，并且新增的元素会被初始化为val的值。

T val = T()：表示一个默认参数，它是容器的元素类型T的默认构造函数生成的对象。如果调用resize时没有指定这个参数，就会使用元素类型的默认值。

如果n小于当前容器的大小
_finish = _start + n;：这条语句会截断容器，使其大小变为n。这里_start是指向容器第一个元素的指针，_finish是指向容器最后一个元素的下一个位置的指针。通过将`_finish`向前移动到_start + n的位置，容器的大小就被减少了。
 如果`n`大于或等于当前容器的大小
- reserve(n);：调用reserve函数确保容器的容量至少为n。如果当前容量小于n，reserve会重新分配内存以容纳至少n个元素。
- 默认构造函数`T()`必须存在，以便能够为新元素提供默认值。如果`T`没有默认构造函数，则这段代码在尝试使用默认参数时会出错。

vector空间大小的返回与判空

size_t size()const {return _finish - _start;
}
size_t capacity()const {return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()const {return _start == _finish;
}

大小返回就是几个指针加减即可

数据的增删

对于数据的增删，模拟尾插，尾删，指定位置的插入，删除（后两者都与迭代器iterator相结合）

void push_back(const T& x) {if (_finish == _end_of_storage) {reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;
}
void pop_back() {assert(!empty());--_finish;
}
void erase(iterator pos) {assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()) {*(it - 1) = *it;it++;}_finish--;
}
iterator insert(iterator pos,const T&x) {assert(pos >= _start  && pos<=_finish);if (_finish == _end_of_storage) {size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish + 1;while (end > pos) {*end = *(end - 1);end--;}*pos = x;_finish++;return pos;
}

对于插入数据的操作都要进行扩容的判断操作，对于数据的挪动我们可以采用依次赋值，就像代码中的*end=*(end-1);end--//*(it-1)=*it;it++;

通过画图可以更加清楚的理解。

数据打印

template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v) {//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";it++;}cout << '\n';for  (auto e:v) {cout << e << " ";}cout << endl;
}
template<class Container>
void print_container(const Container& v) {auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";it++;}cout << '\n';for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;
}

规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator是类型还是静态成员变量，所以在注释的部分我们看见前面加了个typename.

//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();

print_vector 函数专门用于打印 std::vector<T> 类型的容器。

print_container 函数是一个更通用的模板函数，可以用于打印任何符合容器概念的类型。

 

void vector5()
{vector<string> v;v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);
}

拷贝构造和赋值重载

vector(const vector<T>& v) {
reserve(v.size());
for (auto e : v) {push_back(e);
}
}
vector<T>operator=(const vector<T>& v) {
if (this != v) {reserve(v.size());for (auto e : v) {push_back(e);}
}
return this;}

这一种思路是开设新空间，然后将数据一个个尾插到创建的对象中。

void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}// v1 = v3//vector& operator=(vector v)vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}

这种思路是交换的方式，通过调用官方库中的函数，指针交换，将v的地址给了创建的对象。

template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) {while (first != last) {push_back(*first);first++;}
}

通过传需要拷贝的对象的数据范围给新对象（迭代器区间），是个函数模版，可以用任意的迭代器初始化，类型匹配即可 。

模板构造函数，用于构造一个std::vector，该构造函数接受两个迭代器first和last，它们定义了要复制到新vector中的元素的范围。

3.扩展延伸，深度理解代码

在VS环境下，比较严格，在迭代器方面比较严格，特别是失效迭代器的访问。

迭代器失效问题

在测试接口的过程中，有个bug就是迭代器失效问题

我们知道迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。

因此迭代器失效，实际就是迭代器 底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即 如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

1.对vector进行扩容操作，像resize,reserve等操作

还有就是在insert，push_back操作过程中涉及了扩容

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };auto it = v.begin();// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容// v.resize(100, 8);// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容//量改变v.reserve(100);// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放v.insert(v.begin(), 0);v.push_back(8);// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变//v.assign(100, 8);/*出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新赋值即可。*/while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

修改后的代码 

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };// 在修改vector之后，重新获取迭代器auto it = v.begin();v.reserve(100);v.insert(v.begin(), 0);v.push_back(8);// 如果使用v.assign(100, 8);，也需要在之后重新获取迭代器// 重新获取迭代器，因为之前的操作可能会改变vector的内存it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

还有一点就是insert数据过后，即使没有扩容，指向容器中插入点之后的所有迭代器、指针和引用都可能失效。

所以当我们继续访问修改p的位置数据，已经失效了，需要更新失效的迭代器。

由于数据挪动，p的指向改变了，所以我们认为迭代器也失效了。

v.insert(p, 40);

p=v.insert(p, 40);
(*(p+1)) *= 10; 

 2.erase的删除导致的迭代器失效问题

	void test_vector3(){std::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);print_container(v);// 删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}else{++it;}}print_container(v);}
}

当我们用VS std中的接口时，会发现直接报错

所以我们也要进行重新的更新

it=v.erase(it); 

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main(){int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。v.erase(pos);cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问return 0;}

使用memcpy的拷贝问题

当我们想拷贝几个字符串时，就会出现问题了。

 问题分析：

1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中。

2. 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。

void reserve(size_t n) {if (n > capacity()) {size_t oldsize = size();T* temp = new T[n];memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));
/*for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {temp[i] = _start[i];}
*/delete[]_start;_start = temp;_finish =temp + oldsize;_end_of_storage = temp+n;}
}

当我们使用这个memcpy版本进行扩容插入时，程序会出现问题

测试代码

void vector5() {vector<string> v;v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);
}

memcpy是浅拷贝，temp和原来的v指向了同一块空间，当调用了delete[]时，11111111...字符串被析构了，空间释放，变成随机值，后面又delete，free _start ,这时候temp指向的是释放的空间。

所以我们可以调用赋值，就可以解决问题，本质调用string的赋值，其他类型赋值一样的。

旧空间释放就不会影响新空间。

for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {
            temp[i] = _start[i];

4.完整代码复现

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <vector>
#include <string>
using namespace std;
namespace my_vector {template<class T>class vector {public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}vector(const vector<T>& v) {reserve(v.size());for (auto e : v) {push_back(e);}}/*vector<T>operator=(const vector<T>& v) {if (this != v) {reserve(v.size());for (auto e : v) {push_back(e);}}return this;}*/template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last) {while (first != last) {push_back(*first);first++;}}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}// v1 = v3//vector& operator=(vector v)vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}void clear() {_finish = _start;}~vector() {if (_start) {delete[]_start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}}iterator begin() {return _start;}iterator end() {return _finish;}const_iterator begin()const {return _start;}const_iterator end() const {return _finish;}void reserve(size_t n) {if (n > capacity()) {size_t oldsize = size();T* temp = new T[n];memcpy(temp, _start, oldsize*sizeof(T));/*for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) {temp[i] = _start[i];}*/delete[]_start;_start = temp;_finish = temp + oldsize;_end_of_storage = temp + n;}}void resize(size_t n, T val = T()) {if (n < size()) {_finish = _start + n;}else {reserve(n);while (_finish < _start + n) {*_finish = val;_finish++;}}}void push_back(const T& x) {if (_finish == _end_of_storage) {reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;}void pop_back() {assert(!empty());--_finish;}void erase(iterator pos) {assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()) {*(it - 1) = *it;it++;}_finish--;}iterator insert(iterator pos, const T& x) {assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage) {size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish + 1;while (end > pos) {*end = *(end - 1);end--;}*pos = x;_finish++;return pos;}size_t size()const {return _finish - _start;}size_t capacity()const {return _end_of_storage - _start;}bool empty()const {return _start == _finish;}T& operator[](size_t i) {assert(i < size());return _start[i];}const T& operator[](size_t i) const{assert(i < size());return _start[i];}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;};template<class T>void print_vector(const vector<T>& v) {//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";it++;}cout << '\n';for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;}template<class Container>void print_container(const Container& v) {/*auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";it++;}cout << '\n';*/for (auto e : v) {cout << e << " ";}cout << endl;}void vector1() {vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);int x;cin >> x;auto p = find(v.begin(), v.end(), x);if (p != v.end()) {p = v.insert(p, 40);(*(p + 1)) *= 10;}//v.pop_back();//v.pop_back();//v.insert(v.begin() + 2, 5);//v.erase(v.begin() + 3);for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {cout << v[i] << endl;}}void vector2() {vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);print_vector(v);vector<int>v1(v);vector <int>v2 = v;vector<int> v3(v1.begin(), v1.begin() + 3);print_container(v1);print_container(v2);print_container(v3);/*vector<double>v1;v1.push_back(1.1);v1.push_back(2.2);v1.push_back(3.3);v1.push_back(4.4);v1.push_back(5.5);v1.push_back(6.6);print_container(v1);*/}void vector3() {vector<int> v;v.resize(10, 1);v.reserve(20);print_container(v);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.resize(15, 2);print_container(v);v.resize(25, 3);print_container(v);v.resize(5);print_container(v);}void vector4() {vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(4);v.push_back(5);print_container(v);// 删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}else {//不加else，不会删除连续的偶数，会++两次++it;}}print_container(v);}void test_vector3(){std::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);print_container(v);// 删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it=v.erase(it);}else{++it;}}print_container(v);}void vector5() {vector<string> v;v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);}
}

结束语

本期博客就到此结束啦，相信通过自己对vector的实现，大家对vector有了更深的了解。

最后希望友友们给小编点点赞吧，感谢各位友友的支持！！！ 


http://www.ppmy.cn/embedded/111397.html

相关文章

性能测试 —— docker容器下搭建JMeter+Grafana+Influxdb监控可视化平台！

性能测试 —— docker容器下搭建JMeter+Grafana+Influxdb监控可视化平台！

前言 在当前激烈的市场竞争中&#xff0c;创新和效率成为企业发展的核心要素之一。在这种背景下&#xff0c;如何保证产品和服务的稳定性、可靠性以及高效性就显得尤为重要。 而在软件开发过程中&#xff0c;性能测试是一项不可或缺的环节&#xff0c;它可以有效的评估一个系…
阅读更多...
vue的路由

vue的路由

v2用3版本&#xff0c;v3用4版本 import Vue from vue import VueRouter from vue-router Vue.use(VueRouter) const routes [] const router new VueRouter({ routes }) export default router import Vue from vue import App from ./App.vue import router from /router V…
阅读更多...
golang学习笔记20——golang微服务负载均衡的问题与解决方案

golang学习笔记20——golang微服务负载均衡的问题与解决方案

推荐学习文档 golang应用级os框架&#xff0c;欢迎star基于golang开发的一款超有个性的旅游计划app经历golang实战大纲golang优秀开发常用开源库汇总golang学习笔记01——基本数据类型golang学习笔记02——gin框架及基本原理golang学习笔记03——gin框架的核心数据结构golang学…
阅读更多...
TON的两种地址

TON的两种地址

文章目录 前言一、什么是TON地址&#xff1f;二、原始地址和用户友好地址三、关于弹跳标致四、小故事分享艾米的搬迁用户友好地址的发明地址的状态和艾米的挑战鲍勃的转账尝试 五、代码转化举例 前言 在TON中存在着两种地址&#xff0c;一种是用户友好地址&#xff0c;一种是原…
阅读更多...
项目中使用简单的立体3D柱状图，不用引入外部组件纯css也能实现

项目中使用简单的立体3D柱状图，不用引入外部组件纯css也能实现

在一些项目需求中&#xff0c;可能会遇到下面这种场景&#xff0c;3d柱状图来展示百分比&#xff0c;但是又不想引入外部组件&#xff0c;下面就用纯css给大家封装了一个组件 先赞后看&#xff0c;养成习惯 <template><view class"lui-column-bg" :sty…
阅读更多...
JAVA8引入了哪些新特性

JAVA8引入了哪些新特性

‌Java 8引入了多项新特性&#xff0c;使得编写代码更加简洁、易于维护和功能更强大。‌ 这些新特性主要包括&#xff1a; 1‌、Lambda表达式‌&#xff1a;Lambda表达式是Java 8最重要的特性之一 它提供了一种简洁的方式来表示匿名函数。Lambda表达式的语法为(parameters) -&…
阅读更多...
Android之性能优化

Android之性能优化

目录 1. 内存优化1.1 避免内存泄漏1.2 使用合适的数据结构 2. 布局优化2.1 减少布局层级2.2 避免过度绘制 3. 网络优化3.1 使用缓存3.2 压缩数据 4. I/O 操作优化4.1 异步处理4.2 使用高效的 I/O API 5. 动画优化5.1 使用硬件加速5.2 避免频繁的属性更新 6. 数据库优化6.1 使用…
阅读更多...
Redis搭建集群

Redis搭建集群

功能概述 Redis Cluster是Redis的自带的官方分布式解决方案&#xff0c;提供数据分片、高可用功能&#xff0c;在3.0版本正式推出。 使用Redis Cluster能解决负载均衡的问题&#xff0c;内部采用哈希分片规则&#xff1a; 基础架构图如下所示&#xff1a; 图中最大的虚线部分…
阅读更多...
最新文章

Copyright @ 2022~2023