C++模板之Vector与STL初探

STL源码初步接触

   STL = Standard Template Library，直译过来是：标准模板库，是惠普实验室开发的一系列软件的统称。从根本上说，STL是一些“容器”的集合，这些“容器”有list,vector,set,map等，STL也是算法和其他一些组件的集合。这里的“容器”和算法的集合指的是世界上很多聪明人很多年的杰作。STL的目的是标准化组件，这样就不用重新开发，可以使用现成的组件。STL现在是C++的一部分，因此不用额外安装什么。STL所实现的，是依据泛型思维架设起来的一个概念结构。说了这么多还是不知道STL是个什么东东，今天只是初接触这个概念，感觉很高深的样子，先这样理解吧，STL就是一个仓库，一个存放各种工具的仓库。它的工具分为六大类（六大组件） ：

容器（containers）:各种数据结构，如Vector，list，deque,set,map,用来存放底层数据。一般有序列式（下面要写的Vector就是个这种）、关联式等。

算法（algorithms）:各种常用算法如：sort,search,copy,erase……

迭代器（iterator）：扮演容器与算法之间的胶合剂，是所谓的“泛型指针”，共5种类型，以及他们的衍生变化。所有的STL容器都附带有自己专属的迭代器。原生指针也是一种迭代器。

仿函数（functor）：行为类似函数可作为算法的某种策略。一般函数指针可认为是侠义的仿函数。

配接器（adapter）：一种用来修饰容器，或仿函数，或迭代器接口的东西。

配置器（allocators）负责空间配置与管理。配置器是一个实现了动态空间配置、空间管理、空间释放的class template。

因为下面主要是实现Vector的简单操作，所以就再多讲一点它。Vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自行扩充空间以容纳新元素。因此Vector的运用对于内存的合理运用与运用得灵活性有很大的帮助。Vector维护的是一个连续的空间，无论元素的型别为何，普通指针都可以作为Vector的迭代器而满足所有必要条件。

Vector 的简单实现：

  1 #pragma once
  2 #include<iostream>
  3 #include<assert.h>
  4 #include<stdlib.h>
  5 using namespace std;
  6 template<class T>
  7 class Vector
  8 {
  9 public:
 10     typedef T* Iterator;
 11     typedef const T* Citerator;
 12 public:
 13     Vector()
 14         :start(NULL)
 15         ,finish(NULL)
 16         ,endofstorage(NULL)
 17     {}
 18     Vector(const Vector<T>& v)
 19         //:start(new T[v.endofstorage - v.start])
 20         //, finish(v.finish )
 21         //, endofstorage(v.endofstorage)
 22         :start(new T[v.endofstorage - v.start])
 23         , finish(start + (v.finish - v.start))
 24         ,endofstorage(start + (v.endofstorage - v.start)) {
 25         my_memcopy(start, v.start, sizeof(T)*(v.endofstorage - v.start));
 26     }
 27     //向Vector中存入size个元素
 28     Vector(Citerator array, size_t size)
 29         :start(new T[size])
 30         , finish(start)
 31         , endofstorage(start + size) {
 32         for (size_t index = 0; index < size; ++size) {
 33             start[index] = array[index];
                finish++;
 34         }
 35     }
 36     Vector<T>&operator=(const Vector<T>& v) {
 37         if (this != &v) {
 38             Vector<int>tmp(v);
 39             swap(tmp);
 40         }
 41         return *this;
 42     }
 43     ~Vector(){
 44         if (start) {
 45             delete[] start;
 46             start = NULL;
 47         //    delete[] finish;
 48             finish = NULL;
 49         //    delete[] endofstorage;
 50             endofstorage = NULL;
 51         }
 52     }
 53     // 返回首元素的迭代器
 54     Iterator Begin() {
 55         return start;
 56     }
 57     Citerator Begin()const {
 58         return start;
 59     }
 60     // 获取Vector中最后一个元素的下一个位置
 61     Iterator End() {
 62         return finish:
 63     }
 64     Iterator End()const {
 65         return finish;
 66     }
 67     size_t Size()const {
 68         return finish - start;
 69     }
 70     size_t Capacity()const {
 71         return endofstorage - start;
 72     }
 73     bool Empty()const {
 74         return finish == start;
 75     }
 76     T& operator[](size_t index) {
 77         return start[index];
 78     }
 79     const T& operator[](size_t index)const {
 80         return start[index];
 81     }
 82     T& At(size_t index) {
 83         if ((index <= Size()) && (index >= 0))
 84             return start[index];
 85     }
 86     const T& At(size_t index)const {
 87         if ((index <= Size()) && (index >= 0))
 88             return start[index];
 89     }
 90     // 获取Vector中的第一个元素
 91     T& Front() {
 92         return srart[0];
 93     }
 94     const T& Front()const {
 95         return start[0];
 96     }
 97     // 获取Vector中的最后一个元素
 98     T& Back() {
 99         return start[finish - start];
100     }
101     const T& Back()const {
102         return start[finish - start];
103     }
104     void PushBack(const T& x) {
105         capacity();
106         //        start[finish - start + 1] = x;
107         start[finish - start] = x;
108         finish++;
109     }
110     void PopBack() {
111         if (!Empty()) {
112             finish--;
113         }
114     }
115     // 在pos位置上插入元素x
116     Iterator Insert(Iterator pos, const T& x) {
117         for (size_t index = Size(); index >= (size_t)(pos - start); index--) {
118             start[index + 1] = start[index];
119         }
120         *pos = x;
121         finish++;
122         return pos;
123     }
124     // 删除pos位置上面的元素
125     Iterator Erase(Iterator pos) {
126         for (size_t index = (size_t)(pos - start); index < Size(); index++) {
127             start[index] = start[index + 1];
128         }
129         finish--;
130         return pos;
131     }
132     // 给Vector赋值n个值为x的元素
133     void Assign(size_t n, const T& x) {
134         if (n > endofstorage - start) {
135             finish = start + n;
136             capacity();
137             for (size_t index = 0; index < n; index++) {
138                 start[index] = x;
139             }
140         }
141         else {
142             for (size_t index = 0; index < n; index++) 
143                 start[index] = x;
144         }
145             finish = start + n;
146     }
147 public:
      //自己管理 扩容
148     void capacity() {
149         if (finish >= endofstorage) {
150             size_t capacity = 2 * (endofstorage - start) + 3;
151             Iterator tmp = new T[capacity];
    //  拷贝元素
152             my_memcopy(tmp, start, sizeof(T)*(endofstorage - start));
154             size_t ret = finish-start;
155             delete start;
156             start = tmp;
157             finish = start + ret;
158             endofstorage = start + capacity;
          //
/*Iterator pos = start;
size_t index = 0;
while (pos < endofstprage)
temp[index++] = *pos++;
deleta[] start;
start = temp;
finish = start + index;
endofstorage = start + capacity;*/

159         }
160     }
161     void swap(Vector<T>& v) {
162         std::swap(start, v.start);
163         std::swap(finish, v.finish);
164         std::swap(endofstorage, v.endofstorage);
165     }
166     void Print() {    
167             for (size_t i = 0; i < Size(); i++)
168             {
169                 cout << start[i] << " ";
170             }
171             cout << endl;    
172     }
173     void* my_memcopy(void* dest, const void* src, size_t sz) {
174         //assert(!dest || !src);
175         assert(dest != NULL || src != NULL);
176         char* ret = (char*)dest;
177         char* tmp = (char*)src;
178         while (sz--) {
179             *ret = *tmp;
180             ret++;
181             tmp++;
182         }
183         return dest;
184     }
185 private:
186     Iterator start;
187     Iterator finish;
188     Iterator endofstorage;
189 };

其中，注释掉的代码部分是我曾经踩过的坑，下面是部分测试代码

1 #include"vector.h"
 2 void Test1()
 3 {
 4     Vector<int> list1;
 5     list1.PushBack(1);
 6     list1.PushBack(2);
 7     list1.PushBack(3);
 8     list1.PushBack(4);
 9     list1.PushBack(5);
10     list1.Print();
11     Vector<int> list2;
12     list2.PushBack(0);
13     list2.PushBack(9);
14     list2.PushBack(8);
15     list2.PushBack(7);
16     list2.PushBack(6);
17     list2.Print();
18     list1 = list2;
19     list1.Print();
20 }
21 void Test2()
22 {
23     Vector<int> list1;
24     list1.PushBack(1);
25     list1.PushBack(2);
26     list1.PushBack(3);
27     list1.PushBack(4);
28     list1.PushBack(5);
29     list1.Print();
30     list1.PopBack();
31     list1.Print();
32     list1.Insert(&list1.At(2), 0);
33     list1.Print();
34     list1.Erase(&list1.At(3));
35     list1.Print();
36 }
37 int main()
38 {
39     Test1();
40     Test2();
41     getchar();
42     return 0;
43 }

注意：扩容时函数中my_memcpy()函数，它的本质就是值拷贝,当Vector中存放的内置类型时没有任何问题，但是像String类这种问题就无法解决。所以下面给出了另一种写法。

/*Iterator pos = start;
size_t index = 0;
while (pos < endofstprage)
temp[index++] = *pos++;
deleta[] start;
start = temp;
finish = start + index;
endofstorage = start + capacity;*/