C++ STL vector的模拟实现

1. vector的介绍和使用

vector是表示可变大小数组的序列容器。
就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

更为详细的可以查看vector文档介绍。

2. vector的模拟实现

vector的嵌套型别定义

typedef _Ty         value_type;
typedef value_type* iterator;
typedef value_type& reference;
typedef size_t      size_type;

vector的成员变量

private:
        iterator _start;
        iterator _last;
        iterator _end;

2.1 vector构造函数和拷贝构造函数

vector():_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{}
vector(size_type n,const _Ty& value):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
     insert(n,value);
}
vector(iterator f,iterator l):_start(nullptr),_last(nullptr),_end(nullptr)
{
     insert(f,l);
}   
vector(const vector<int>& iv)
{
        reserve(iv.capacity());
        iterator it = begin();
        iterator vit = iv.end();
        while (vit != iv.begin())
        {
              *it++ = *vit--;     
        }
}

2.2 insert函数和eraser函数

iterator insert(iterator pos,const _Ty& value)
{
    //1.当size()==capacity()时，表明vector已满，再进行插入前需要进行扩容
    if(size()== capacity())
    {
        size_type oldpos = pos - begin();
        //这里需要防止一种情况：若vector为空的时候，他的capacity为0，这个时候给他直接扩容2倍是行不通的，
        //因为2*0 = 0，因此就需要进行判断 
        size_type newcapacity = (capacity() == 0)? 1 : 2*capacity();

        reserve(newcapacity);

        //这里空间发生了变化，pos迭代器会失效，因此需要重新对pos进行设置
        //reserve不会使vector的成员变量失效
        pos = begin() + oldpos;
    }
    //2.当size() < capacity()时，表明vector未满，插入直接在pos的位置进行插入
    //需要注意的是插入是在pos指向的位置进行插入，并且插入需要挪动数据，
    //将pos位置之后的数据全部向后挪动一个,为防止元素被改写，则需要从后向前进行挪动
    iterator tail = _last;
    while(tail > pos)
    {
        *tail = *(tail-1);
        --tail;
    }
    //这里要注意的是挪动数据时，因为没有对pos位置进行操作，所以pos位置的迭代器并没有失效，
    //但是pos位置之后的迭代器全部失效了，但在这里并没有关系，我们并不会用到那些迭代器
    *pos = value;

    //插入完之后，一定要对_last指针+1，因为全部向后挪动了一个元素
    ++_last;

    return pos;
}

void insert(size_type n,const _Ty& value)
{
    for(int i = 0;i < n; ++i)
    {
        insert(end(),value);
    }
}
void insert(iterator f,iterator l)
{
    while(f!=l)
    {
        insert(end(),*f);
        ++f;
    }
}


iterator erase(iterator pos)
{
    assert(pos >= _start || pos < _last);
    //1.删除pos位置的元素，就是将[pos,end()]这个区间向前挪动一个即可
    iterator it = pos + 1;
    while(it != _last)
    {
        *(it-1) = *(it);
        ++it;
    }

    --_last;
    return pos;
}

2.3 reserve函数和resize函数

void reserve(size_type n)
{
    //若 n 的值大于vecto6RТТB'B&WGW&Zh.iyNXJ~K6GyNi{nX	>yJ&W6W'fRX{[kZxbwC66GТТ&W6W'fRТ^[NXJ~KR6GyNi{nX	[eNyNh([XXТFW&FBCТB'BТvBBТТBfSТCТ6RX{[Khh^[K>YZKiXyNzТТfW66fRТТ'BVRТf6ТТW&6RVТТРТFW&F'BFW&FfRТТ[6R66Gi{ni7F.khXhhZb6R66GТТ6UR&VvТxΙh.jKzx8^Xk^WfV7FzyNi{nX	nyF66GKKi{nX	{KnyNhZX	yNK"j[hXNijТ6UR66G66Gb3c3"66GРТ&W6W'fR66GРТx{NXKnX>YKZKiXjhxkZТ6W'f^KKfV7FNhYXZKiXТ&Vv[6Rf66Gi{ni7Fk.XZ^yNhNK{hТhk:hH^i>hY	yNK{hnKNhhhXi[hgKYNi[hXZ:Y	YXKK.jXX>{J*iKXihKXhXТFW&FCТvFfwCТFFТFТxhk:hHi[hi{nKk*iZK{i8KWyNY[nk*iZKiXniK{KYNYXZ:ZKiXKnnY[nk*iX[>{;KnKyJX*>KYТfSРТ.XZ^ZYZ鮊hZ7Nh(KXZ:Y	YXKnKKXX>{JТCРТ&WGW&Тf'B6URfRТТffТТ'BVRТf'BFW&FFW&FТТvbТТ'BVbТcТРТFW&F&6RFW&FТ76W'BwC'BBТXGyNXX>{JiX{NY	XXKKXXFW&FBТvBBТТBBТCТТCТ&WGW&ТТРТРТ&fFSТFW&F7F'CТFW&F7CТFW&FVТРЧРЧfFW7CЧТFW7CfV7FCwCcРТ6ff&bR"ffbRffVТ6ff&b6G"ffb6GffVТb6Тb6"Тb62Тb6BТ6ff&bR"ffbRffVТ6ff&b6G"ffb6GffVРТFW7CfV7FCwCFW&FBbvРТvBbBТТ6ffBff"#ТCТ6ffVТbТbТBbvТvBbBТТ6ffBff"#ТCТ6ffVРРЧЧfFW7C"ЧТFW7CfV7FCwCbТFW7CfV7FCwCFW&FBbvТvBbBТТ6ffBff"#ТCТ6ffVЧЧfFW7C2ЧТ%ТFW7CfV7FCwCb""bТFW7CfV7FCwCFW&FBbvТvBbBТТ6ffBff"#ТCТ6ffVРЧЧТFW7CТFW7C"ТFW7C2Т&WGW&ЧУ&SУFcУjX[>K5DfV7FNjhyNih~z[K{NZIyX[425DfV7F^Z{J.zKK^XNih~zhn{~{XyNyX[>ih~z[ZJ~Z^YZIiJ