c++ StrVec等效vector<string>的类
知识点
- 静态成员变量要在类外定义和初始化
- 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）。
- 拷贝构造函数需要拷贝StrVec类的成员也要拷贝StrVec指向的string。
- 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
- 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