c++ StrVec等效vector(string)的类

c++ StrVec等效vector<string>的类

知识点

1. 静态成员变量要在类外定义和初始化
2. allocator类是使用和uninitialized_copy的配合使用，实现string空间的分配和strings数据的拷贝（拷贝string的时候调用的string的拷贝构造函数，string的拷贝构造函数会拷贝string指向的char数据）。
3. 拷贝构造函数需要拷贝StrVec类的成员也要拷贝StrVec指向的string。
4. 拷贝赋值运算符，拷贝了右侧对象StrVec指向的数据，同时销毁左侧StrVec指向的数据
5. 重新分配空间的时候，只拷贝string而不拷贝string指向的空间，通过alloc.construct(dst++, str::move(src++))实现。

alloc_n_copy()和free()函数

　　在拷贝构造函数，拷贝赋值运算符都要用到空间分配和指向数据的拷贝，所以定义一个alloc_n_copy()函数

　　在拷贝赋值运算符和析构函数中都要释放指向的空间，所以定义free()函数

　　一般类中都应该定义这两个private函数，方便时序拷贝构造函数、拷贝赋值运算符和析构函数。

StrVec.h

#include <string>
#include <memory>
#include <utility>           // pair move
#include <initializer_list> // initializer_list
#include <algorithm>         // for_each

#ifndef STRVEC__H
#define STRVEC__H

using namespace std;

class StrVec {
    public:
        StrVec():b(nullptr),e(nullptr),cap(nullptr){}
        StrVec(const StrVec &);
        StrVec &operator=(const StrVec &);
        ~StrVec();

        void   push_back(const string &);
        size_t size() const {return e - b;}
        size_t capacity() const {return cap - b;}
        void   reserve(const size_t &);
        void   resize(const size_t &);
        void   resize(const size_t &, const string &);
        string *begin() const {return b;}
        string *end() const {return e;}

    private:
        static allocator<string> alloc;
        void chk_n_alloc() {if(size() == capacity()) reallocate();}
        pair<string*,string*> alloc_n_copy(const string*, const string*);
        void free();
        void reallocate();
        string *b;
        string *e;
        string *cap;
}

#endif

StrVec.cpp

#include "StrVec.h"

// 静态成员变量定义和默认初始化。
// 静态成员变量不属于任何对象，不能在类的构造函数中被构造和初始化，必须在类的外部定义和初始化
// 不要重复写static
// 静态函数可以在类内部定义(没有初始化一说)
allocator<string> StrVec::alloc; 

// 列表初始化的构造函数
// initializer_list元素是const的，但是initializer_list不是const的，要接收{"abc","hello"}这样为const的列表
// 要求initializer_list也为const类型的。
StrVec:StrVec(const initializer_list<string> &strs) {
    auto p = alloc_n_copy(strs.begin(), strs.end());
    b = p.first;
    e = cap = p.second;
}

// 分配能容纳拷贝数据的空间，并把数据拷贝到新空间。
// 返回分配空间的首尾地址
// 这里是真实的数据拷贝。
pair<string*,string*> Strvec::alloc_n_copy(const string *b_ptr, const string *e_ptr) {
    auto p = alloc.allocate(e_ptr - b_ptr);
    return {p, uninitialized_copy(b_ptr, e_ptr, p)};// 调用了string的拷贝构造函数，拷贝构造函数中，重新为string指向的char分配了空间并拷贝。
}

// 释放StrVec分配的空间
// 先destroy StrVec中的成员，再把整个分配空间都释放(deallocate)
void StrVec::free() {
    if(e) {
        for(auto p = e; p != b;)
            alloc.destroy(--p);
        alloc.deallocate(cap-b);
    }
}

// 使用for_each实现的free函数
//void StrVec::free() {
//    if(e) {
//        for_each(b, e, [](string &str)->void{destroy(&str);});
//        alloc.deallocate(b, cap - b);
//    }
//}

// 重新分配更多的空间(string空间)，并把原数据(char)移动到新空间中
// 利用string的移动函数，可以不要拷贝string执行的char数据，而只拷贝string指向char数据的首指针？
// 这里只分配string的空间，而不分配string指向char的空间
// 移动后，销毁原string的空间，而不销毁string指向char的空间，应为char的空间被新的string指向了。
void StrVec::reallocate() {
    size_t newcapacity = size() ? 2*size() : 1; // 如果有数据就分配原来两倍数据的空间，如果没有就只分配1个string
    auto p = alloc.allocate(newcapacity);
    auto dst = p;        // dst和src要递增，要保存一个p和b的备份用于拷贝string成员。
    auto src = b;
    for(size_t i=0; i != size(); ++i)
        alloc.construct(dst++, std::move(*src++));
    b = p;
    e = dst;// p + size();
    cap = p + newcapacity;

}

// 拷贝构造函数
// 拷贝StrVec指向的string, 同时拷贝一下StrVec的成员变量。
// 这个是真实的拷贝，alloc_n_copy拷贝StrVec指向的string，uninitialized_copy拷贝string指向的char
StrVec::StrVec(const StrVec &s) {
    auto p = alloc_n_copy(s.begin(), s.end());
    b = p.first;
    e = cap = p.second;
}

// 拷贝赋值运算符
// 真实的拷贝右侧对象指向的数据和成员变量到左侧对象
// 释放左侧对象指向空间,比拷贝构造函数多一个释放指向空间的过程。
StrVec &StrVec::operator=(const StrVec &s) {
    auto p = alloc_n_copy(s.begin(), s.end());
    free();
    b = p.first;
    e = cap = p.second;
}

// 析构函数，释放StrVec指向空间，成员对象会自动析构。
StrVec::~StrVec() {
    free();
}

// 往StrVec中添加一个string
// 先检查还有没没有构造的空间，没有就分配一些，然后在第一个没有构造的空间上构造string.
void StrVec::push_back(const string &str) {
    chk_n_alloc();
    alloc.construct(e++, str);
}

// 如果size>n,销毁后面的size-n个数据
// 如果size<=n,在模块构造n-size个数据
void StrVec::resize(const size_t &n) {
    if(n > capacity()) {                // n > capacity,要使用的空间比现有空间多，就要分配空间
        auto p = alloc.allocate(n);
        auto dst = p;
        auto src = b;
        size_t i = 0;
        for(; i != size(); ++i)
            alloc.construct(dst++, std::move(src++));
        for(; i != n; ++i)
            alloc.construct(dst++);//使用string的默认构造函数构造。
        free();
        b = p;
        e = cap = dst;
    } else if(n > size()) {                // size < n < capacity,要使用的空间比现有少，但是比使用的空间多，在现有的空间上构造数据即可
        while(e < b+n)
            alloc.construct(e++);
    } else {                            // n < size,要使用的空间比使用的还有少，要销毁模块的数据。
        while(e > b+n)
            alloc.destroy(--e);
    }
}

// 如果size>n,销毁后面的size-n个数据
// 如果size<=n,在模块构造n-size个数据
void StrVec::resize(const size_t &n, const string &str) {
    if(n > capacity()) {                // n > capacity,要使用的空间比现有空间多，就要分配空间
        auto p = alloc.allocate(n);
        auto dst = p;
        auto src = b;
        size_t i = 0;
        for(; i != size(); ++i)
            alloc.construct(dst++, std::move(src++));
        for(; i != n; ++i)
            alloc.construct(dst++, str);//使用string的拷贝构造函数。
        free();
        b = p;
        e = cap = dst;
    } else if(n > size()) {                // size < n < capacity,要使用的空间比现有少，但是比使用的空间多，在现有的空间上构造数据即可
        while(e < b+n)
            alloc.construct(e++, str);
    } else {                            // n < size,要使用的空间比使用的还有少，要销毁模块的数据。
        while(e > b+n)
            alloc.destroy(--e);
    }
}

// 修改容器的容量，如果capacity()<n时会分配新空间，但是capacity()>=n时什么也不做
void StrVec::reserve(const size_t &n) {
    if(capacity() < n) {
        auto p = alloc.allocate(n);
        auto dst = p;
        auto src = b;
        for(size_t i=0; i<size(); ++i)
            alloc.const(dst++, std::move(src++));
        free();
        b = p;
        e = dst;
        cap = b + n;
    }
}

测试程序

string a = "name";
string b = "hello";
string c = "world";
StrVec str;                // 测试默认构造函数
str.push_back(a);        // 测试push_back
str.push_back(b);
str.push_back(c);
for(const auto &v : str)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello/world

StrVec str2(str);        // 测试拷贝构造函数
for(const auto &v : str2)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello/world

StrVec str3;
str3 = str;                // 测试拷贝构赋值运算符
for(const auto &v : str3)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello/world

cout<<"size:"<<str.size()<<",capacity:"<<str.capacity()<<endl;    // 输出size:3,capacity:4
str.reserve(10);
cout<<"size:"<<str.size()<<",capacity:"<<str.capacity()<<endl;    // 输出size:3,capacity:10

str.resize(10);
cout<<"size:"<<str.size()<<",capacity:"<<str.capacity()<<endl;    // 输出size:10,capacity:10
for(const auto &v : str)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello/world和7个空行

str.resize(2);
cout<<"size:"<<str.size()<<",capacity:"<<str.capacity()<<endl;    // 输出size:2,capacity:10
for(const auto &v : str)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello

str.resize(12,"xx");
cout<<"size:"<<str.size()<<",capacity:"<<str.capacity()<<endl;    // 输出size:2,capacity:10
for(const auto &v : str)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，name/hello和10行"xx"

StrVec str4 = {"hello", "list", "strVec"};        // 测试列表构造函数
for(const auto &v : str4)
    cout<<v<<endl;        // 输出3行，hello/list/strVec