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  • vector的模拟实现

    2019-01-05 10:25:02
    vector和数组看起来的却别在于一个静态的,另外一个动态的。而vector扩容时候,现要数据搬移到新的空间然后在释放掉以前的空间。 我们模拟实现我们感觉最需要注意的还是扩容问题什么时候扩容什么时候不用扩容。 ...

    vector和数组看起来的却别在于一个是静态的,另外一个是动态的。而vector扩容时候,现要数据搬移到新的空间然后在释放掉以前的空间。
    我们模拟实现我们感觉最需要注意的还是扩容问题什么时候扩容什么时候不用扩容。
    已经一个检查vector扩容的接口函数
    也不知怎么说vector常用的接口,感觉主要分三类,第一类创建vector类,第二类修改vector元素类,第三类遍历元素类。

    -感觉vector涉及到元素修改时候我们都需要注意的一个因素就是迭代器失效了,以及在细分三种情况

    • 第一种修改以后空间给reserve申请的空间更大,不能装满触发了扩容,我们需要经行扩容然后搬移数据,在销毁以前的空间。
    • 第二种我们虽然修改了元素,但是我们申请的元素空间没有用完,但是比上一次修改元素操作所占用的元素空间大,我们只需要在原有空间上插入数据。并不需要经行元素的搬移。
    • 第三种我们这次操作比以前的操作数据的大小还要小的情况下,我们只需要改变元素的大小就可以了。第三种虽然简单一些,但是我感觉还是最容易忘记的,有时候减少元素我们会忘记考虑判空,在resize当中也有这种情景,但是我们却很容易葫芦这一种情况。
      好了,看代码吧
    #include<iostream>
    #include<vector>
    #include<assert.h>
    using namespace std;
    template<class T>
    class Vector
    {
    public:
    	typedef T* Iterator;
    
    public:
    	Vector()
    		: _start(0)
    		, _finish(0)
    		, _endOfStorage(0)
    	{}
    
    	
    	Vector(size_t size, const T& data = T())
    		: _start(new T[size])
    		, _finish(_start + size)
    		, _endOfStorage(_start + size)
    	{
    		
    		for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    			_start[i] = data;
    
    		
    	}
    
    	Vector(const T* first, const T* last)
    	{
    		size_t size = last - first;
    		_start = new T[size];
    		// 1. 
    		for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    			_start[i] = first[i];
    
    		
    
    		_finish = _start + size;
    		_endOfStorage = _finish;
    	}
    
    	Vector(const Vector<T>& v);
    	Vector<T>& operator=(const Vector<T>& v);
    	~Vector()
    	{
    		if (_start)
    		{
    			delete[] _start;
    			_start = 0;
    			_finish = 0;
    			_endOfStorage = 0;
    		}
    	}
    
    
    	
    	Iterator Begin()
    	{
    		return _start;
    	}
    
    	Iterator End()
    	{
    		return _finish;
    	}
    
    	void PushBack(const T& data)
    	{
    		_CheckCapacity();
    		*_finish = data;
    		++_finish;
    	}
    
    	
    	void PopBack()
    	{
    		if (_start == _finish)
    			return;
    
    		--_finish;
    	}
    	
    	void Clear()
    	{
    		_finish = _start;
    	}
    
    	void Swap(Vector<T>& v)
    	{
    		swap(_start, v._start);
    		swap(_finish, v._finish);
    		swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
    	}
    
    	
    	size_t Size()const
    	{
    		return _finish - _start;
    	}
    
    	size_t Capacity()const
    	{
    		return _endOfStorage - _start;
    	}
    
    	bool Empty()const
    	{
    		return _start == _finish;
    	}
    
    	
    	void ReSize(size_t newSize, const T& data = T())
    	{
    		size_t oldSize = Size();
    		if (newSize <= oldSize)
    			_finish = _start + newSize;
    		else
    		{
    			size_t capacity = Capacity();
    			if (newSize < capacity)
    			{
    				while (newSize != oldSize)
    				{
    					*_finish = data;
    					++_finish;
    					--newSize;
    				}
    			}
    			else
    			{
    				
    				T* pTmp = new T[newSize];
    				if (_start)
    				{
    					
    					for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
    						pTmp[i] = _start[i];
    
    					for (size_t i = oldSize; i < newSize; ++i)
    						pTmp[i] = data;
    
    					
    					delete[] _start;
    				}
    
    
    				_start = pTmp;
    				_finish = _start + newSize;
    				_endOfStorage = _finish;
    			}
    		}
    	}
    
    	void Reserve(size_t n)
    	{
    		if (n > Capacity())
    		{
    			
    			size_t size = Size();
    			T* pTmp = new T[n];
    			if (_start)
    			{
    				
    				for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    					pTmp[i] = _start[i];
    
    				
    				delete[] _start;
    			}
    
    
    			_start = pTmp;
    			_finish = _start + size;
    			_endOfStorage = _start + n;
    		}
    	}
    
    
    	
    	T& operator[](size_t index)
    	{
    		assert(index < Size());
    		return _start[index];
    	}
    
    	const T& operator[](size_t)const
    	{
    		assert(index < Size());
    		return _start[index];
    	}
    
    	T& Front()
    	{
    		return *_start;
    	}
    
    	const T& Front()const
    	{
    		return *_start;
    	}
    
    	T& Back()
    	{
    		return *(_finish - 1);
    	}
    
    	const T& Back()const
    	{
    		return *(_finish - 1);
    	}
    
    private:
    	void _CheckCapacity()
    	{
    		if (_finish == _endOfStorage)
    		{
    			size_t size = Size();
    			size_t newSize = size * 2 + 3;
    			T* pTmp = new T[newSize];
    
    			if (_start)
    			{
    				// 如何区分T是否为内置类型?
    				if (false)
    				{
    					memcpy(pTmp, _start, size * sizeof(T));
    				}
    				else
    				{
    					for (size_t i = 0; i < size; ++i)
    						pTmp[i] = _start[i];
    				}
    
    				delete[] _start;
    			}
    
    			_start = pTmp;
    			_finish = _start + size;
    			_endOfStorage = _start + newSize;
    		}
    	}
    
    private:
    	T* _start;
    	T* _finish;
    	T* _endOfStorage;
    };
    void TestVectorint()
    {
    	Vector<int> v1;
    	v1.PushBack(1);
    	v1.PushBack(2);
    	v1.PushBack(3);
    	v1.PushBack(4);
    
    	cout << v1.Size() << endl;
    	cout << v1.Capacity() << endl;
    	cout << v1.Front() << endl;
    	cout << v1.Back() << endl;
    	for (size_t i = 0; i < v1.Size(); ++i)
    		cout << v1[i] << " ";
    	cout << endl;
    
    	v1.PopBack();
    	v1.PopBack();
    	cout << v1.Size() << endl;
    	cout << v1.Capacity() << endl;
    	cout << v1.Front() << endl;
    	cout << v1.Back() << endl;
    	for (size_t i = 0; i < v1.Size(); ++i)
    		cout << v1[i] << " ";
    	cout << endl;
    
    	v1.ReSize(20, 9);
    	Vector<int>::Iterator it = v1.Begin();
    	while (it != v1.End())
    	{
    		cout << *it << " ";
    		++it;
    	}
    	cout << endl;
    }
    int main()
    {
    	TestVectorint();
    	return 0;
    }
    
    

    我们通过模拟的迭代器遍历一遍。
    在这里插入图片描述
    好了,具体就这样样了,主要是接口比较多一点,但是基本思路也就上面这一点的。

    展开全文
  • c++ vector的底层实现

    万次阅读 2019-08-16 17:03:57
    最近看面经,很多公司都很喜欢问c++vector底层是怎么实现的。记录一下,想大致写个子集vector估计会印象深刻一点吧! 简单来说就是,每个动态数组都分配有一定容量,当存储的数据达到容量的上限的时候,就重新分配...

    最近看面经,很多公司都很喜欢问c++vector底层是怎么实现的。记录一下,想大致自己写个vector估计会印象深刻一点吧!

    简单来说就是,每个动态数组都分配有一定容量,当存储的数据达到容量的上限的时候,就重新分配内存。

    我觉得最重要的就是resize这个函数:

        void resize(int st)
        {
            //重新分配空间,在堆区新开辟内存,然后将以前数组的值赋给他,删除以前的数组
            int *newData = new int[st];
            for (int i = 0; i < _size; i++)
            {
                newData[i] = data[i];
            }
            delete[] data;
            data = newData;
            capacity = st;
        }

    以前一直以为在原来数组开辟的空间后面再增加,结果怎么想都没想明白。因为一般来说后面的内存已经被占用了,在后面增加是不可能的。结果是重新开辟了一个数组,把之前的值放到复制到新开辟的数组中来。

    整个程序如下:

    #ifndef MYVECTOR_H
    #define MYVECTOR_H
    class MyVector
    {
    private:
        int *data;    //实际存储数据的数组
        int capacity; //容量
        int _size;
        void resize(int st)
        {
            //重新分配空间,在堆区新开辟内存,然后将以前数组的值赋给他,删除以前的数组
            int *newData = new int[st];
            for (int i = 0; i < _size; i++)
            {
                newData[i] = data[i];
            }
            delete[] data;
            data = newData;
            capacity = st;
        }
    
    public:
        // 构造函数
        MyVector()
        {
            data = new int[10];
            capacity = 10;
            _size = 0;
        }
        ~MyVector()
        {
            delete[] data;
        }
        MyVector(int st)
        {
            data = new int[st * 2]; //初始化的时候 容量分配为2倍size,实际vector不知是不是这样做的
            capacity = st * 2;
            _size = st;
        }
        void push_back(int e)
        {
            //如果 当前容量已经不够了, 重新分配内存, 均摊复杂度O(1)
            if (_size == capacity)
            {
                resize(2 * capacity);
            }
            data[_size++] = e;
        }
        int pop_back()
        {
            int temp = data[_size];
            _size--;
            //如果 容量有多余的,释放掉
            if (_size == capacity / 4)
            {
                resize(capacity / 2);
            }
            return temp;
        }
        int size()
        {
            return _size;
        }
        //重载[]操作
        int &operator[](int i)
        {
            return data[i];
        }
    };
    #endif

    测试程序:使用插入排序来测试

    #include <iostream>
    #include "MyVector.h"
    
    using namespace std;
    void insertSort(MyVector &nums)
    {
        for (int i = 1; i < nums.size(); i++)
        {
            for (int j = i; j > 0; j--)
            {
                if (nums[j] >= nums[j - 1])
                    break;
                swap(nums[j], nums[j - 1]);
            }
        }
    }
    void printV(MyVector &nums)
    {
        for (int i = 0; i < nums.size(); i++)
        {
            cout << nums[i] << " ";
        }
        cout << endl;
    }
    int main()
    {
        int size = 30;
        // MyVector nums(size);
        // for (int i = 0; i < size; i++)
        // {
        //     nums[i] = rand() % size;
        // }
        MyVector nums;
        for (int i = 0; i < size; i++)
        {
            nums.push_back(rand() % size);
        }
        printV(nums);
        insertSort(nums);
        printV(nums);
        return 0;
    }

     

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  • 1、vector怎么实现动态空间分布; vector容器基于数组实现,其元素在内存中连续存放,vector容器除了容器尾部之外,在其他任意位置插入或删除元素时,都需要移动该元素后面的所有元素。 2、map用什么实现的; ...

    1、vector怎么实现动态空间分布;

    vector容器基于数组实现,其元素在内存中连续存放,vector容器除了容器尾部之外,在其他任意位置插入或删除元素时,都需要移动该元素后面的所有元素。


    2、map用什么实现的;

    map容器指的是关联数组,所谓“关联”指的是元素的值与键之间的关联,通过键来访问值。用红黑树实现的。


    3、红黑树是什么,有什么特点;

    红黑树是一种自平衡二叉查找树,典型的用途是实现关联数组。

    在二叉查找树强制一般要求以外,对于任何有效的红黑树我们增加了如下的额外要求:

    性质1. 节点是红色或黑色。
    性质2. 根节点是黑色。
    性质3 每个叶节点是黑色的。
    性质4 每个红色节点的两个子节点都是黑色。(从每个叶子到根的所有路径上不能有两个连续的红色节点)
    性质5. 从任一节点到其每个叶子的所有路径都包含相同数目的黑色节点。
    An example of a red-black tree
    这些约束强制了红黑树的关键性质: 从根到叶子的最长的可能路径不多于最短的可能路径的两倍长。结果是这个树大致上是平衡的。因为操作比如插入、删除和查找某个值的最坏情况时间都要求与树的高度成比例,这个在高度上的理论上限允许红黑树在最坏情况下都是高效的,而不同于普通的二叉查找树。

    4、hashtable怎么实现的?

    不懂,见http://blog.csdn.net/yy_msdn/article/details/4850709。

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  • vector的内部实现

    千次阅读 2013-08-13 19:13:39
    假定你现在已经能熟练使用vector,如果你很好奇vector背后是怎么实现的,那么本文或许对你能有所帮助。  vector代表了c++的动态数组,大小是动态可增长的。你不必考虑自己手动分配或释放内存,也不必担心内存泄漏...

    假定你现在已经能熟练使用vector,如果你很好奇vector背后是怎么实现的,那么本文或许对你能有所帮助。

      vector代表了c++的动态数组,大小是动态可增长的。你不必考虑自己手动分配或释放内存,也不必担心内存泄漏,vector帮你做了这一切。vector的使用很简单,但是要做到有效率,没那么容易,了解他背后的实现原理能帮助达到这一目的。

      言归正传。本文基于SGI STL的一个vector的实现,向大家讲述vector的实现思想和技术,如有不妥的地方,还请大家给出批评建议。(建议大家在阅读本文之前,先能温习一下vector的相关内容和用法)。

      让我们先看看类的声明和数据成员:

    #include <alloc.h>  //内存分配器头文件,非标准

    #include <iterator.h> //迭代器头文件,非标准

    template <class T > //模板类声明,提供泛型功能。
    class vector {
      typedef alloc Alloc;  //内存分配器typedef
    public:
        typedef T value_type;  //值类型 T
        typedef value_type* pointer; // 指针类型 T*
        typedef value_type* iterator; //迭代器,这里的迭代器不需要封装,只是一个原生指针的typedef
        typedef const value_type* const_iterator; // 只读迭代器
        typedef value_type& reference;  //引用 T&
        typedef const value_type& const_reference;  //只读引用
        typedef size_t size_type;  //长度类型 size_t,一般是unsigned int;
        typedef ptrdiff_t difference_type; // 指针间隔,用来表示两个指针间的距离
        typedef reverse_iterator<const_iterator, value_type, const_reference,
                                 difference_type>  const_reverse_iterator; //反向迭代器,定义在<iterator.h>
        typedef reverse_iterator<iterator, value_type, reference, difference_type>
            reverse_iterator; //只读反向迭代器
    protected:

       //数据成员

        typedef simple_alloc<value_type, Alloc> data_allocator; //分配器的typedef
        iterator start; //vector的第一个元素的迭代器,用来表示vector,永远为vector.begin();
        iterator finish;  //vector的末尾,指向vector的最后一个元素的下一个位置。永远为vector.end();
        iterator end_of_storage; //vector所拥有的内存的末尾。如果等于vector.end(),表示vector已满

    }

      从以上我们可以看到,vector用allocator来进行内存管理,用三个迭代器来引用这段内存。vector的iterator 其实就是T*的别名。我们知道在一个连续的内存里(数组),指针是可以做算术运算的,也支持[]操作,所以vector的iterator也支持算术运算,++,--,+=, -=,[],vector的迭代器就是通常的随机访问迭代器了。

      另外,我想说的是,STL有许多流行的版本,每一个版本实现都不是相同的,但是原理区别不大。vector的底层实现一般是连续的内存(数组)。 deque的实现是连续的内存块,list的是双链表,set和map是红黑树。stack和queue都是这些容器的适配器(用这些容器来实现)。知道这些是很有必要的。

      下一篇文章里,将会讨论到vector的常用接口的实现。

    上一篇我们讨论了vector的声明,接下来您将看到的是vector的接口和实现。

      class vector {

       public:

       ...

        iterator begin() { return start; } //返回vetor的首
        const_iterator begin() const { return start; } //只读访问
        iterator end() { return finish; } //返回vector的末尾
        const_iterator end() const { return finish; } //只读访问
        reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); } //反向迭代器
        const_reverse_iterator rbegin() const {
            return const_reverse_iterator(end());
        } //只读访问
        reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); } //反向迭代器
        const_reverse_iterator rend() const {
            return const_reverse_iterator(begin());
        }
        size_type size() const { return size_type(end() - begin()); } //size,vector的长度
        size_type max_size() const { return size_type(-1); }  //vector支持的最大长度,4294967295
        size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); } //vector的当前   容量.表示当前的vector有多大的容量。
        bool empty() const { return begin() == end(); } //判断vetor是否为空,实现保证这个函数永远是常量时间复杂度。判断vector为空间已用empty,不要用size()==0,因为 size()有可能是线性时间复杂度。
        reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); } //  []操作符
        const_reference operator[](size_type n) const { return *(begin() + n); } //只读

       vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0) {} //默认构造函数

       vector(size_type n, const T& value) {  //初始化长度为n,每个值均为value的vetor
        start = data_allocator::allocate(n); //vector的内存分配委托给allocator来实现
        iterator first = start;

        while(n--)

        {

             *first++ = value;

        }
        finish = start + n;
        end_of_storage = finish;
        }


        vector(size_type n) { //初始化长度为n,每个值均为默认值的vector
        start = data_allocator::allocate(n);
        while(n--)

        {

             *first++ = T();

        }   

        finish = start + n;
        end_of_storage = finish;
        }


        vector(const vector<T /*, Alloc*/>& x) {  //拷贝构造函数
        start = data_allocator::allocate(x.end() - x.begin());

        finish = start;

        for(iterator i = x.begin(); i != x.end(); ++i )

        {

            *finish++ = *i;

        }
        end_of_storage = finish;
        }

       
        vector(const_iterator first, const_iterator last) { //迭代器构造函数
        size_type n = 0;
        distance(first, last, n); //判断first到last的距离
        start = data_allocator::allocate(n);
        finish = start;

        for(iterator i = x.begin(); i != x.end(); ++i )

        {

            *finish++ = *i;

        }
        end_of_storage = finish;
        }


        ~vector() {   //vector的析构函数
        destroy(start, finish);  //调用每个元素的析构函数
        deallocate(); //释放vector的内存
        }
        vector<T /*, Alloc*/>& operator=(const vector<T /*, Alloc*/>& x);
        void reserve(size_type n) {  //vector的reverse函数,主要是用作vector的扩容,增加vector的容量到 n所制定的大小。为了防止vector发生过多的插入拷贝,建议用此函数为vector申请足够大的容量
        if (capacity() < n) {
                const size_type old_size = size();
            const iterator tmp = data_allocator::allocate(n);
            uninitialized_copy(begin(), end(), tmp);
            destroy(start, finish);
            deallocate();
            start = tmp;
            finish = tmp + old_size;
            end_of_storage = start + n;
        }
        }
        reference front() { return *begin(); } //返回vector的第一个元素
        const_reference front() const { return *begin(); } //
        reference back() { return *(end() - 1); } //返回vector的最后一个元素
        const_reference back() const { return *(end() - 1); }
        void push_back(const T& x) {   //vector的push_back,最常用的函数,想vector的末尾增加值
        if (finish != end_of_storage) {
            *finish = x;
            ++finish;
        } else
            insert_aux(end(), x); //如果vector容量已满,进行插入。
        }
        void swap(vector<T /*, Alloc*/>& x) { //交换两个vector的值.这个是很有效率的。常量时间交换。
        ::swap(start, x.start);
        ::swap(finish, x.finish);
        ::swap(end_of_storage, x.end_of_storage);
        }

       
        iterator insert(iterator position, const T& x) { //vector的插入函数
        size_type n = position - begin();
        if (finish != end_of_storage && position == end()) {
            *finish = *position;
            ++finish;
        } else
            insert_aux(position, x); //vector的插入需要拷贝调整元素的位置,因而需要拷贝,效率低
        return begin() + n;
        }
        iterator insert(iterator position) { return insert(position, T()); }
        void insert (iterator position, const_iterator first,
             const_iterator last);
        void insert (iterator position, size_type n, const T& x);
        void pop_back() {  弹出最后一个元素
            --finish;           
            destroy(finish);
        }
        void erase(iterator position) { //删除vector的元素,删除最后一个值是常量时间,否则需要调整元素,重新拷贝,效率很低
        if (position + 1 != end())
            copy(position + 1, end(), position);
        --finish;
        destroy(finish);
        }
        void erase(iterator first, iterator last) {
        vector<T /*, Alloc*/>::iterator i = copy(last, end(), first); //需要重新拷贝
        destroy(i, finish); //删除需要删除的位置
        finish = finish - (last - first);
        }
        void resize(size_type new_size, const T& x) { //调整vector的长度
          if (new_size < size())
            erase(begin() + new_size, end());
          else
            insert(end(), new_size - size(), x);
        }
        void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
        void clear() { erase(begin(), end()); } //清除vector的所有元素,实现保证这个是线性时间的,O(n).

     }

    vector的常用接口就说到这里了,大家可以仔细体会。

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