C++自定義(手撕)vector類實現(xiàn)過程
更新時間：2025年09月23日 16:04:13 作者：Truelon
文章介紹了C++中std::vector的簡化實現(xiàn),涵蓋模板類定義、動態(tài)數(shù)組管理、構造析構函數(shù)、深拷貝機制、迭代器及容量操作等核心內(nèi)容,旨在通過手動實現(xiàn)理解其內(nèi)存管理原理和底層實現(xiàn)邏輯
引言
在C++中，std::vector 是一個非常強大的容器，能夠自動管理其內(nèi)部存儲空間的大小，使得程序員無需手動處理內(nèi)存分配和釋放。然而，理解 std::vector 內(nèi)部工作原理對于提高編程技能至關重要。
通過自己實現(xiàn)一個簡化版的 vector 類，我們可以更好地掌握其背后的核心概念。
類定義與成員變量
我們首先定義了一個模板類 vector，它接受一個類型參數(shù) T。此外，我們定義了三個成員變量：
_data：指向動態(tài)分配的數(shù)組的指針。_size：當前元素的數(shù)量。_capacity：分配的數(shù)組可以容納的最大元素數(shù)量。
template<typename T>
class vector {
public:
// ... 公共接口 ...
private:
T* _data;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
構造函數(shù)
- 默認構造函數(shù)：初始化
_data為nullptr，_size和_capacity為0。 - 帶參數(shù)構造函數(shù)：接收一個元素數(shù)量和可選的初始值，創(chuàng)建一個初始化了特定數(shù)量元素的
vector。 - 拷貝構造函數(shù)：執(zhí)行深拷貝，確保每個
vector對象都有自己的數(shù)據(jù)副本。
vector() : _data(nullptr), _size(0), _capacity(0) {}
explicit vector(size_t count, const T& value = T()) { /* 初始化邏輯 */ }
vector(const vector& vec) { /* 深拷貝邏輯 */ }
析構函數(shù)
析構函數(shù)負責釋放由 _data 指向的動態(tài)分配的內(nèi)存。
~vector() {
delete[] _data;
}
深拷貝構造函數(shù)與賦值操作
為了防止淺拷貝導致的問題（例如，多個 vector 對象指向同一塊內(nèi)存），我們實現(xiàn)了深拷貝構造函數(shù)和賦值操作符。
vector(const vector& vec) { /* 深拷貝邏輯 */ }
vector& operator=(const vector& vec) { /* 深拷貝賦值邏輯 */ }
迭代器
提供 begin() 和 end() 方法來獲取指向向量起始和結束位置的迭代器，分別用于非常量和常量上下文。
T* begin() { return _data; }
T* end() { return _data + _size; }
const T* begin() const { return _data; }
const T* end() const { return _data + _size; }
容量與大小
size() 返回當前元素數(shù)量，而 capacity() 返回數(shù)組的最大容量。
size_t size() const { return _size; }
size_t capacity() const { return _capacity; }
元素操作
push_back() 和 pop_back() 用于在向量末尾添加或移除元素。insert() 和 erase() 用于在任意位置插入或刪除元素。
void push_back(T val); void pop_back(); void insert(size_t index, const T& value); void erase(size_t index);
輔助函數(shù)
resize() 函數(shù)用于在必要時調(diào)整向量的容量。
void resize(size_t new_capacity);
完整代碼
#include <iostream>
#include <vector>
// 定義一個名為mv的命名空間
namespace mv {
// 定義一個模板類vector
template<typename T>
class vector {
public:
// 定義類型別名
typedef T val_type;
typedef val_type* iterator;
// 默認構造函數(shù)
vector() : _data(nullptr), _size(0), _capacity(0) {}
// 析構函數(shù)，用于釋放動態(tài)分配的內(nèi)存
~vector() {
delete[] _data;
}
// 帶參數(shù)的構造函數(shù)，初始化vector大小和默認值
explicit vector(size_t count, const val_type& value = val_type())
: _data(new val_type[count]), _size(count), _capacity(count) {
for (size_t i = 0; i < count; ++i) {
_data[i] = value;
}
}
// 深拷貝構造函數(shù)，避免淺拷貝的問題
vector(const vector& vec) {
_capacity = vec._capacity;
_data = new val_type[_capacity]; // 分配新的內(nèi)存空間
for (size_t i = 0; i < vec._size; ++i) {
_data[i] = vec._data[i];
}
_size = vec._size;
}
// 提供const和非const版本的begin和end方法
iterator begin() { return _data; }
iterator end() { return _data + _size; }
iterator begin() const { return _data; }
iterator end() const { return _data + _size; }
// 返回vector的大小和容量
size_t size() const { return _size; }
size_t capacity() const { return _capacity; }
// 在末尾添加一個元素
void push_back(val_type val) {
if (_size == _capacity) {
resize(_capacity == 0 ? 1 : _capacity * 2);
}
_data[_size++] = val;
}
// 移除最后一個元素
void pop_back() {
if (_size > 0)
--_size;
}
// 在指定位置插入一個元素
void insert(size_t index, const val_type& value) {
if (_size == _capacity) {
resize(_capacity == 0 ? 1 : _capacity * 2);
}
if (index > _size) {
std::cout << "Index out of range in insert()";
}
for (size_t i = _size; i > index; --i) {
_data[i] = _data[i - 1];
}
_data[index] = value;
++_size;
}
// 刪除指定位置的元素
void erase(size_t index) {
if (index >= _size) {
std::cout << "Index out of range in erase()";
}
for (size_t i = index; i < _size - 1; ++i) {
_data[i] = _data[i + 1];
}
--_size;
}
// 判斷vector是否為空
bool empty() { return _size == 0; }
// 下標操作符，返回指定位置的元素
val_type& operator[](size_t index) { return _data[index]; }
// 比較兩個vector是否相等
bool operator==(const vector& vec) const {
if (_size != vec._size) return false;
for (size_t i = 0; i < _size; ++i) {
if (_data[i] != vec._data[i]) return false;
}
return true;
}
// 賦值操作符，實現(xiàn)深拷貝
vector& operator=(const vector& vec) {
if (this != &vec) { // 防止自賦值
delete[] _data; // 釋放原有資源
_capacity = vec._capacity;
_data = new val_type[_capacity]; // 分配新資源
for (size_t i = 0; i < vec._size; ++i) {
_data[i] = vec._data[i];
}
_size = vec._size;
}
return *this;
}
private:
// 調(diào)整vector的容量
void resize(size_t new_capacity) {
val_type* new_data = new val_type[new_capacity];
for (size_t i = 0; i < _size; ++i) {
new_data[i] = _data[i];
}
delete[] _data;
_data = new_data;
_capacity = new_capacity;
}
// 成員變量
val_type* _data;
size_t _size;
size_t _capacity;
};
}
總結
以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。
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