《STL系列》之vector原理及实现
最近忙得蛋疼，但还是想写点属于自己的东西。也不知道写点啥，最后决定试着自己实现STL中常用的几个集合，一来加深自己对STL的理解，二来看看自己是否有这个能力实现。实现目标就是：1能和STL兼容；2最大化的实现STL中的接口并保持一致。即将STL中的集合换成我写的也能用。这篇博客介绍的是vector的原理及实现。
先把vector的大致实现说一下，后面会给出完整的源码。
新增元素：Vector通过一个连续的数组存放元素，如果集合已满，在新增数据的时候，就要分配一块更大的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，在插入新增的元素。插入新的数据分在最后插入push_back和通过迭代器在任何位置插入，这里说一下通过迭代器插入，通过迭代器与第一个元素的距离知道要插入的位置，即int index=iter-begin()。这个元素后面的所有元素都向后移动一个位置，在空出来的位置上存入新增的元素。
void insert(const_iterator iter,const T& t ) { int index=iter-begin(); if (index<size_) { if (size_==capacity_) { int capa=calculateCapacity(); newCapacity(capa); } memmove(buf+index+1,buf+index,(size_-index)*sizeof(T)); buf[index]=t; size_++; } }
删除元素：删除和新增差不多，也分两种，删除最后一个元素pop_back和通过迭代器删除任意一个元素erase(iter)。通过迭代器删除还是先找到要删除元素的位置，即int index=iter-begin();这个位置后面的每个元素都想前移动一个元素的位置。同时我们知道erase不释放内存只初始化成默认值。
删除全部元素clear：只是循环调用了erase，所以删除全部元素的时候，不释放内存。内存是在析构函数中释放的。
iterator erase(const_iterator iter) { int index=iter-begin(); if (index<size_ && size_>0) { memmove(buf+index ,buf+index+1,(size_-index)*sizeof(T)); buf[--size_]=T(); } return iterator(iter); }
迭代器iteraotr是STL的一个重要组成部分,通过iterator可以很方便的存储集合中的元素.STL为每个集合都写了一个迭代器, 迭代器其实是对一个指针的包装,实现一些常用的方法,如++,--,!=,==,*,->等, 通过这些方法可以找到当前元素或是别的元素. vector是STL集合中比较特殊的一个,因为vector中的每个元素都是连续的,所以在自己实现vector的时候可以用指针代替,如typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator，如果STL中的函数能方便的操作自己写的集合，实现的迭代器最好继承std::iterator<std::forward_iterator_tag,T>。我实现vector的迭代器大概是这个样子：
template<typename T>
class viterator:public std::iterator<std::forward_iterator_tag,T>{}
后面会给出完整的代码，std::iterator<std::forward_iterator_tag,T>的源码如下：
template<class _Category, class _Ty, class _Diff = ptrdiff_t, class _Pointer = _Ty *, class _Reference = _Ty&> struct iterator { // base type for all iterator classes typedef _Category iterator_category; typedef _Ty value_type; typedef _Diff difference_type; typedef _Diff distance_type; // retained typedef _Pointer pointer; typedef _Reference reference; };
Iterator其中没有任何成员，只是定义了一组类型，所以继承它并不会让你的struct变大，这组类型是STL的内部契约，STL中的函数假设每个迭代器都定义了这些类型，所以只要你的迭代器定义了这些类型，就可以和STL函数集合一起使用。
我的vector实现源码如下：
#ifndef _CVECTOR_H_ #define _CVECTOR_H_ namespace cth { class NoCopy { public: inline NoCopy(){} NoCopy(const NoCopy&); NoCopy& operator=(const NoCopy&); }; template<typename T> class viterator:public std::iterator<std::forward_iterator_tag,T> { public: viterator() { t=NULL; } viterator(T* t_) { t=t_; } viterator(const viterator& other) { t=other.t; } viterator& operator=(const viterator& other) { t=other.t; return *this; } viterator& operator++() { t++; return *this; } viterator operator++(int) { viterator iter=*this; t++; return iter; } viterator operator+(int count) { viterator iter=*this; iter.t+=count; return iter; } viterator& operator--() { t--; return *this; } viterator operator--(int) { viterator iter=*this; t--; return iter; } viterator operator-(int count) { viterator iter=*this; iter.t-=count; return iter; } int operator-(const viterator& other) { return t-other.t; } int operator-(const viterator& other)const { return t-other.t; } T& operator*() { return *t; } const T& operator*() const { return *t; } T* operator->() { return t; } const T* operator->() const { return t; } inline bool operator!=(const viterator& other) { return t!=other.t; } inline bool operator!=(const viterator& other)const { return t!=other.t; } inline bool operator==(const viterator& other) { return t==other.t; } inline bool operator==(const viterator& other)const { return t==other.t; } inline bool operator<(const viterator& other) { return t<other.t; } inline bool operator<(const viterator& other)const { return t<other.t; } inline bool operator<=(const viterator& other) { return t<=other.t; } inline bool operator<=(const viterator& other)const { return t<=other.t; } inline bool operator>(const viterator& other) { return t>other.t; } inline bool operator>(const viterator& other)const { return t>other.t; } inline bool operator>=(const viterator& other) { return t>=other.t; } inline bool operator>=(const viterator& other)const { return t>=other.t; } private: T* t; }; template<typename T> class cvector:public NoCopy { public: typedef viterator<T> iterator;//viterator<T>就是对一个指针的包装，所以完全可以用T*代替viterator <T> typedef const viterator<T> const_iterator; //typedef T* iterator; //typedef const T* const_iterator; cvector() { initData(0); } cvector(int capa,const T& val=T()) { initData(capa); newCapacity(capacity_); for (int i=0;i<size_;i++) buf[i]=val; } cvector(const_iterator first,const_iterator last) { initData(last-first); newCapacity(capacity_); iterator iter=iterator(first); int index=0; while(iter!=last) buf[index++]=*iter++; } ~cvector() { if (buf) { delete[] buf; buf=NULL; } size_=capacity_=0; } void clear() { if (buf) erase(begin(),end()); } void push_back(const T& t) { if (size_==capacity_) { int capa=calculateCapacity(); newCapacity(capa); } buf[size_++]=t; } void pop_back() { if (!empty()) erase(end() - 1); } int insert(const_iterator iter,const T& t ) { int index=iter-begin(); if (index<=size_) { if (size_==capacity_) { int capa=calculateCapacity(); newCapacity(capa); } memmove(buf+index+1,buf+index,(size_-index)*sizeof(T)); buf[index]=t; size_++; } return index; } iterator erase(const_iterator iter) { int index=iter-begin(); if (index<size_ && size_>0) { memmove(buf+index ,buf+index+1,(size_-index)*sizeof(T)); buf[--size_]=T(); } return iterator(iter); } iterator erase(const_iterator first,const_iterator last) { iterator first_=iterator(first); iterator last_=iterator(last); while(first_<=last_--) erase(first_); return iterator(first_); } T& front() { assert(size_>0); return buf[0]; } T& back() { assert(size_>0); return buf[size_-1]; } T& at(int index) { assert(size_>0); return buf[index]; } T& operator[](int index) { assert(size_>0 && index>=0 && index<size_); return buf[index]; } bool empty() const { return size_==0; } int size() const { return size_; } int capacity() const { return capacity_; } iterator begin() { return iterator(&buf[0]); } iterator end() { return iterator(&buf[size_]); } private: void newCapacity(int capa) { capacity_=capa; T* newBuf=new T[capacity_]; if (buf) { memcpy(newBuf,buf,size_*sizeof(T)); delete [] buf; } buf=newBuf; } inline int calculateCapacity() { return capacity_*3/2+1 ; } inline void initData(int capa) { buf=NULL; size_=capacity_=capa>0?capa:0; } int size_; int capacity_ ; T* buf; }; struct Point { Point(int x_=0,int y_=0):x(x_),y(y_){} int x,y; }; bool operator<(const Point& p1,const Point& p2) { if(p1.x<p2.x) { return true; }else if(p1.x>p2.x) { return false; } return p1.y<p2.y; } void cvectorTest() { cvector<Point> vect; for (int i=0;i<10;i++) { Point p(i,i); vect.push_back(p); } cvector<Point>::iterator iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } iter=vect.begin()+5; vect.insert(iter,Point(55,55)); iter=vect.end()-3; vect.insert(iter,Point(77,77)); cout<<endl<<endl<<"插入两个元素后："<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } std::sort(vect.begin(),vect.end()); cout<<endl<<endl<<"排序后："<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } vect.erase(vect.begin()+10); vect.erase(vect.begin()+10); cout<<endl<<endl<<"删除之前新增的两个元素"<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } vect.clear(); cout<<endl<<endl<<"执行clear之后"<<endl; cout<<"size="<<vect.size()<<",capacity="<<vect.capacity(); cvector<Point> vect1; for (int i=10;i<20;i++) { Point p(i,i); vect1.push_back(p); } cout<<endl<<endl<<"从别的cvector复制数据:"<<endl; cvector<Point> vect2(vect1.begin(),vect1.end()); vect2.pop_back(); vect2.pop_back(); for(int i=0;i<vect2.size();i++) { cout<<"["<<vect2[i].x<<","<<vect2[i].y<<"], "; } cout<<endl; } } #endif
实例代码级运行结果如下：
struct Point { Point(int x_=0,int y_=0):x(x_),y(y_){} int x,y; }; bool operator<(const Point& p1,const Point& p2) { if(p1.x<p2.x) { return true; }else if(p1.x>p2.x) { return false; } return p1.y<p2.y; } void cvectorTest() { cvector<Point> vect; for (int i=0;i<10;i++) { Point p(i,i); vect.push_back(p); } cvector<Point>::iterator iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } iter=vect.begin()+5; vect.insert(iter,Point(55,55)); iter=vect.end()-3; vect.insert(iter,Point(77,77)); cout<<endl<<endl<<"插入两个元素后："<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } std::sort(vect.begin(),vect.end()); cout<<endl<<endl<<"排序后："<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } vect.erase(vect.begin()+10); vect.erase(vect.begin()+10); cout<<endl<<endl<<"删除之前新增的两个元素"<<endl; iter=vect.begin(); while (iter!=vect.end()) { cout<< "[" << iter->x << " " << iter->y <<"], "; ++iter; } vect.clear(); cout<<endl<<endl<<"执行clear之后"<<endl; cout<<"size="<<vect.size()<<",capacity="<<vect.capacity(); cvector<Point> vect1; for (int i=10;i<20;i++) { Point p(i,i); vect1.push_back(p); } cout<<endl<<endl<<"从别的cvector复制数据:"<<endl; cvector<Point> vect2(vect1.begin(),vect1.end()); vect2.pop_back(); vect2.pop_back(); for(int i=0;i<vect2.size();i++) { cout<<"["<<vect2[i].x<<","<<vect2[i].y<<"], "; } cout<<endl; }
之后还会有list，set，map等的实现，敬请期待......
