C++ vector的简单实现

在C++中，vector是一种非常常用的容器，它能够动态地保存一组元素（比如整数、浮点数以及自定义类型等）。在本文中，我们将分步讲解如何实现一个简单的vector。

步骤1：定义类和变量

我们首先要定义一个vector类，它可以保存任意类型的元素，使用template<typename T>来定义：

template<typename T>
class Vector {
public:
  Vector() {
    size_ = 0;
    capacity_ = 1;
    data_ = new T[capacity_];
  }
  // Other member functions
private:
  T* data_;
  size_t capacity_;
  size_t size_;
};

在这里，我们定义了三个变量：data_、capacity_和size_，它们分别代表了存储数据的数组、数组容量和数组元素个数。我们在构造函数Vector()中初始化了这些变量，容量初始值为1，大小初始值为0。

步骤2：实现构造函数

在上一步中，我们已经定义了构造函数Vector()，但是它目前只初始化了变量，还无法向容器中添加元素。我们需要对构造函数进行一些修改，使得它可以将元素插入到数组中。

为了实现这个功能，我们需要使用push_back()函数，它可以将元素加入到数组的末尾。我们首先先实现push_back()函数：

void push_back(const T& elem) {
  if (size_ == capacity_) {
    T* new_data = new T[capacity_ * 2];
    for (size_t i = 0; i < capacity_; i++) {
      new_data[i] = data_[i];
    }
    delete[] data_;
    data_ = new_data;
    capacity_ *= 2;
  }
  data_[size_] = elem;
  size_++;
}

在上述函数中，我们首先检查数组是否已满，如果是，我们将分配一块新的内存，大小是原来的两倍，并将旧数组中的所有数据复制到新数组中。然后，我们将内存中新元素写入新数组的末尾。最后更新size_变量的值。

修改后的Vector()构造函数现在可以利用push_back()实现向数组中添加元素：

template<typename T>
class Vector {
public:
  Vector() {
    capacity_ = 1;
    size_ = 0;
    data_ = new T[capacity_];
  }
  Vector(const T& elem) {
    capacity_ = 1;
    size_ = 1;
    data_ = new T[capacity_];
    push_back(elem);
  }
  // Other member functions
private:
  T* data_;
  size_t capacity_;
  size_t size_;
};

我们还添加了一个新的构造函数Vector(const T& elem)，它可以在创建Vector对象时就将第一个元素elem插入到底层数组中。现在我们已经可以向Vector对象中添加元素了。

步骤3：实现其他函数

除了push_back()和构造函数之外，还有许多其他常用函数，比如size()、empty()、at()、front()和back()等。我们在这里只展示一部分函数的实现。

template<typename T>
class Vector {
public:
  Vector() {...}
  // Other member functions
  size_t size() const{
    return size_;
  }

  bool empty() const{
    return size_ == 0;
  }

  T& operator[](const size_t& index) {
    if (index >= size_) {
      throw std::out_of_range("Index out of range");
    }
    return data_[index];
  }
private:
  T* data_;
  size_t capacity_;
  size_t size_;
};

我们必须注意以下两点：

• size()函数只返回数组中当前元素的数量，而不是数组的容量。容量是由capacity_变量保存的。
• 在operator[]()函数中，我们首先检查所请求的索引是否在数组范围内，如果不是，则抛出std::out_of_range异常。如果是，则返回数组中相应索引位置的元素。

示例

现在，我们来看两个具体的使用示例，一个是创建仅包含一个元素的Vector对象，另一个是向Vector对象中插入多个元素。

示例1：仅包含一个元素的Vector对象

Vector<int> vec(5);
std::cout << "size=" << vec.size() << ",capacity=" << vec.capacity() << std::endl; // size=1，capacity=2

在这个示例中，我们创建了一个整数类型的Vector对象，并将它的第一个元素设置为5。然后，我们输出了对象的大小和容量，发现大小为1，容量为2，这是因为我们初始设定的容量为1，元素个数为1。当我们向数组中添加更多的元素时，容量将自动扩展。

示例2：向Vector对象中插入多个元素

Vector<MyClass> vec;
MyClass a(1), b(2), c(3);
vec.push_back(a);
vec.push_back(b);
vec.push_back(c);
for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++) {
  std::cout << vec[i].value() << std::endl; // 1,2,3
}

在这个示例中，我们创建了一个自定义类型MyClass的Vector对象，并向其中添加了三个元素。最后，我们使用[]运算符遍历数组中所有元素，并输出它们的值。

总结

在本文中，我们展示了如何实现一个简单的vector，步骤包括定义类和变量、实现构造函数、实现其他成员函数和使用vector对象的示例。实际上，在标准库中有一个更加强大的vector实现，它提供了比我们在这里实现的更多的功能。