某些类需要在运行时分配可变大小的内存空间,通常这种类可以使用标准库容器来保存他们的数据。但是这一策略并不是对所有的类都管用,某些类需要自己进行内存分配,这些类一般需要自己定义自己的拷贝控制成员来管理所分配的内存。
这一篇文章将实现vector类的一个简化版本,不采用模板,只适用于string。将其命名为StrVec。
StrVec类:
#pragma once
#define _SCL_SECURE_NO_WARNINGS
#include<string>
#include<memory>
using namespace std;
class StrVec {
public:
StrVec() :elements(nullptr), first_free(nullptr), cap(nullptr) {}
StrVec(initializer_list<string> il);
StrVec(const StrVec&);
StrVec&operator=(const StrVec&);
~StrVec();
void push_back(const string&);
void reserve(size_t n);
void resize(size_t n);
void resize(size_t n, const string &s);
size_t size() const { return first_free - elements; }
size_t capacity() const { return cap - elements; }
string *begin() const { return elements; }
string *end() const { return first_free; }
private:
allocator<string> alloc; //分配元素
void chk_n_alloc()
{
if (size() == capacity())
reallocate();
}
pair<string*, string*>alloc_n_copy(const string*, const string*);
void free(); //销毁元素并释放内存
void reallocate(); //获得更多的内存并拷贝已有的元素
void reallocate(size_t); //分配指定的内存
string *elements; //指向数组首元素的指针
string *first_free; //指向数组第一个空闲元素的指针
string *cap; //指向数组尾后位置的指针
};
对应的设计:
#include"StrVec.h"
#include<utility>
#include<initializer_list>
void StrVec::push_back(const string&str)
{
chk_n_alloc();
alloc.construct(first_free++, str);
}
/*分配足够的内存来保存给定范围的元素,并将这些拷贝到新分配的内存中去,返回新空间的开始位置
和拷贝的尾后位置*/
pair<string*, string*> StrVec::alloc_n_copy(const string*b, const string*e)
{
auto data = alloc.allocate(e - b);
return{ data,uninitialized_copy(b,e,data) };
}
/*1、首先destroy元素
2、然后释放StrVec自己分配的空间
*/
void StrVec::free()
{
if (elements)
{
for (auto p = first_free; p != elements;)
alloc.destroy(--p);
alloc.deallocate(elements, cap - elements);
}
}
//设计的列表初始化
StrVec::StrVec(initializer_list<string>il)
{
auto newdata = alloc_n_copy(il.begin(), il.end());
elements = newdata.first;
first_free = cap = newdata.second;
}
//我们的StrVec有类值的行为。当我们拷贝和赋值时必须分配独立的内存
StrVec::StrVec(const StrVec&s)
{
auto newdata = alloc_n_copy(s.begin(), s.end());
elements = newdata.first;
first_free = newdata.second;
cap = newdata.second;
}
StrVec::~StrVec()
{
free();
}
StrVec&StrVec::operator=(const StrVec&s)
{
auto data = alloc_n_copy(s.begin(), s.end());
free();
elements = data.first;
first_free = cap = data.second;
return *this;
}
//调整空间大小,当空间不够时会将容量加倍
void StrVec::reallocate()
{
auto newcapacity = size() ? 2 * size() : 1;
auto newdata = alloc.allocate(newcapacity);
auto dest = newdata;
auto elem = elements;
for (size_t i = 0; i != size(); ++i)
alloc.construct(dest++, std::move(*elem++));
free();
elements = newdata;
first_free = dest;
cap = elements + newcapacity;
}
//调整空间为指定数值大小
void StrVec::reallocate(size_t newcapacity)
{
auto newdata = alloc.allocate(newcapacity);
auto dest = newdata;
auto elem = elements;
for (size_t i = 0; i != size(); ++i)
alloc.construct(dest++, std::move(*elem++));
free();
elements = newdata;
first_free = dest;
cap = elements + newcapacity;
}
void StrVec::reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
reallocate(n);
}
void StrVec::resize(size_t n)
{
if (n > size())
{
while (size()<n)
{
push_back("");
}
}
else if (n < size())
{
while (size()>n)
{
alloc.destroy(--first_free);
}
}
}
void StrVec::resize(size_t n, const string &s)
{
if((n>size()))
while (size()<n)
{
push_back(s);
}
}
对于上述代码的简要说明:
对于allocator及其一些相关的使用可以参考:C++常见问题总结_动态数组
每个StrVec有三个指针成员指向其元素使用的内存:
- elements,指向分配的内存中的首元素
- first_free,指向最后一个实际元素之后的位置
- cap,指向未分配的内存末尾之后的位置
- alloc类型为allocator分配StrVec使用的内存
此外对于reallocate成员函数需要进行一点说明。reallocate在内存用完时为StrVec类分配新的内存,在重新分配内存的时候,我们为了避免分配和释放string的额外开销,我们使用标准库的move函数。使得可以直接移动原内存的数据到新内存。
最后测试一下StrVec类:
#include<iostream>
#include"StrVec.h"
int main()
{
StrVec vctr={"hello","qwe","asdas","nihao","chengxu"};
cout << "所占有的大小:" << vctr.size() << endl;
cout << "分配的内存: " << vctr.capacity() << endl;
cout << "vctr元素为:" << endl;
for (int i = 0; i < vctr.size(); ++i)
cout << *(vctr.begin() + i) << " ";
cout << endl;
vctr.push_back("oops");
cout << endl;
cout << "加入一个元素后:" << endl;
cout << "vctr所占有的大小:" << vctr.size() << endl;
cout << "vctr分配的内存: " << vctr.capacity() << endl;
vctr.reserve(50);
cout << endl;
cout << "调整之后空间:" << endl;
cout << "vctr所占有的大小:" << vctr.size() << endl;
cout << "vctr分配的内存: " << vctr.capacity() << endl;
vctr.resize(10, "hahha");
cout << endl;
cout << "使用resize之后:"<<endl;
cout << "vctr所占有的大小:" << vctr.size() << endl;
cout << "vctr分配的内存: " << vctr.capacity() << endl;
cout << "vctr元素为:" << endl;
for (int i = 0; i < vctr.size(); ++i)
cout << *(vctr.begin()+i) << " ";
cout << endl;
StrVec vctr_copy = vctr;
cout << endl;
cout << "验证拷贝初始化:" << endl;
cout << "vctr_copy所占有的大小:" << vctr_copy.size() << endl;
cout << "vctr_copy分配的内存: " << vctr_copy.capacity() << endl;
cout << "vctr_copy元素为:" << endl;
for (int i = 0; i < vctr_copy.size(); ++i)
cout << *(vctr_copy.begin() + i) << " ";
cout << endl;
StrVec vctr_copy1;
vctr_copy1 = vctr_copy;
cout << endl;
cout << "验证赋值运算符:" << endl;
cout << "vctr_copy1所占有的大小:" << vctr_copy1.size() << endl;
cout << "vctr_copy1分配的内存: " << vctr_copy1.capacity() << endl;
cout << "vctr_copy1元素为:" << endl;
for (int i = 0; i < vctr_copy1.size(); ++i)
cout << *(vctr_copy1.begin() + i) << " ";
cout << endl;
getchar();
}