山寨STL实现之vector

首先是vector的定义

        template <typename T>
        class vector
        {
        };

让我们先来看看vector中的一些别名

        public:
            typedef T         value_type;
            typedef T*        pointer;
            typedef T&        reference;
            typedef const T&  const_reference;
            typedef size_t    size_type;
            typedef ptrdiff_t difference_type;
            typedef const T* const_iterator;
            typedef reverse_iterator<const_iterator, value_type, size_type, difference_type> const_reverse_iterator;
            typedef T* iterator;
            typedef reverse_iterator<iterator, value_type, size_type, difference_type> reverse_iterator;

由上可见，正如上一篇所说，vector的迭代器是由原生的指针来实现的。

下面是其内部的成员变量

        protected:
            typedef vector<T>    self;
            typedef allocator<T> Alloc;

            iterator start;
            iterator finish;
            iterator end_of_element;

start：指向vector的起始地址
finish：指向最后一个元素的后一个元素的地址
end_of_element：指向已申请内存块的结束位置（finish总是小于或等于end_of_element）

在STL中从begin到end总是以一个前闭后开的形式来表示的，形如[begin,end)，这样做的好处是可以使代码写的更简洁：

    template <typename Iterator, typename T>
    Iterator find(Iterator first, Iterator last, const T& value)
    {
        while(first != last && *first != value) ++first;
        return first;
    }

下面来看看vector中最基本的构造函数和析构函数

            vector() : start(0), finish(0), end_of_element(0)
            {
            }

            ~vector()
            {
                destruct(start, end_of_element);
                if (start != 0) Alloc::deallocate(start, end_of_element - start);
            }

这里将其中的3个成员变量都填充为0。
如上一篇所说，在STL中是将内存分配与对象初始化分开的，同样对象析构与内存释放也是被分开的。

然后是其begin和end方法，用来获取第一个元素和最后一个元素的后一个元素的迭代器。

            inline iterator begin()
            {
                return start;
            }

            inline const_iterator begin()const
            {
                return start;
            }

            inline iterator end()
            {
                return finish;
            }

            inline const_iterator end()const
            {
                return finish;
            }

front和back分别被用来获取第一个元素和最后一个元素

            inline reference front()
            {
                return *begin();
            }

            inline const_reference front()const
            {
                return *begin();
            }

            inline reference back()
            {
                return *(end() - 1);
            }

            inline const_reference back()const
            {
                return *(end() - 1);
            }

empty、size、capacity分别被用来判别容器是否为空、容器内元素的个数和容器的大小

            inline bool empty()const
            {
                return begin() == end();
            }

            inline const size_type size()const
            {
                return size_type(end() - begin());
            }

            inline const size_type capacity()const
            {
                return size_type(end_of_element - begin());
            }

由于在vector的头部插入元素会使所有元素后移，应此它被设计为单向的，只能由尾部插入或移除数据

            void push_back(const T& x)
            {
                if (end_of_element != finish)
                {
                    construct(&*finish, x);
                    ++finish;
                }
                else
                {
                    insert_aux(end(), x);
                }
            }

            inline void pop_back()
            {
                --finish;
                destruct<T>(finish, has_destruct(*finish));
            }

当然从头部移除数据也并非不可以，可以使用erase方法来移除头部的数据，erase方法将会在后面的部分作出说明。

我们先来看一下insert_aux这个方法，在插入元素时几乎都使用到了这个方法。

            void insert_aux(const iterator position, const T& x)
            {
                if(finish != end_of_element)
                {
                    construct(&*finish, *(finish - 1));
                    T x_copy = x;
                    copy_backward(position, finish - 1, finish);
                    *position = x_copy;
                    ++finish;
                }
                else
                {
                    const size_type old_size = size();
                    const size_type new_size = old_size == 0 ? 2 : old_size * 2;
                    iterator tmp = Alloc::allocate(new_size);
                    uninitialized_copy(begin(), position, tmp);
                    iterator new_position = tmp + (position - begin());
                    construct(&*new_position, x);
                    uninitialized_copy(position, end(), new_position + 1);
                    destruct(begin(), end());
                    Alloc::deallocate(begin(), old_size);
                    end_of_element = tmp + new_size;
                    finish = tmp + old_size + 1;
                    start = tmp;
                }
            }

在容器还有足够的空间时，首先将从position位置到finish位置的元素整体后移一个位置，最后将要被插入的元素写入到原position的位置同时改变finish指针的值。
若空间不足时，首先根据原有空间的大小的一倍来申请内存，然后将元素从原有位置的begin到position拷贝到新申请的内存中，然后在新申请内存的指定位置插入要插入的元素值，最后将余下的部分也拷贝过来。然后将原有元素析构掉并把内存释放掉。

为何不使用reallocate?
reallocate的本意并不是在原有内存的位置增加或减少内存，reallocate首先会试图在原有的内存位置增加或减少内存，若失败则会重新申请一块新的内存并把原有的数据拷贝过去，这种操作本质上等价于重新申请一块内存，应此这里使用的是allocate而并非reallocate。

然后让我们来看一下insert和erase方法

            inline iterator insert(iterator position, const T& x)
            {
                const size_type pos = position - begin();
                if(finish != end_of_element && position == end())
                {
                    construct(&*finish, x);
                    ++finish;
                }
                else insert_aux(position, x);
                return begin() + pos;
            }

            iterator erase(iterator position)
            {
                destruct(position, has_destruct(*position));
                if (position + 1 != end())
                {
                    copy(position + 1, end(), position);
                }
                --finish;
                return position;
            }

若是要在最后插入一个元素且容器的剩余空间还足够的话，直接将元素插入到finish的位置，并将finish指针后移一位即可。若容器空间不够或不是插在最后一个的位置，则调用insert_aux重新分配内存或插入。
删除时首先析构掉原有元素，若被删元素不是最后一个元素，则将后面的所有元素拷贝过来，最后将finish指针前移一个位置。

最后让我们来看一下其中重载的运算符

            self& operator=(const self& x)
            {
                if(&x == this) return *this;
                size_type const other_size = x.size();
                if(other_size > capacity())
                {
                    destruct(start, finish);
                    Alloc::deallocate(start, capacity());
                    start = Alloc::allocate(other_size);
                    finish = uninitialized_copy(x.begin(), x.end(), start);
                    end_of_element = start + other_size;
                }
                else
                {
                    finish = uninitialized_copy(x.begin(), x.end(), start);
                }
                return *this;
            }

            inline reference operator[](size_type n)
            {
                return *(begin() + n);
            }

            inline value_type at(size_type n)
            {
                return *(begin() + n);
            }

由于vector内部用的是原生的指针，应此这些运算符的使用方式和原生指针的并无差异。值得注意的是在做赋值操作时会产生内存的重新分配与拷贝操作。

至此，vector的讲解已完成，完整的代码请到http://qlanguage.codeplex.com下载