197-C++运算符的重载（vector容器的迭代器iterator实现）

迭代器示意图：

为什么迭代器遍历所有容器方式都是一样？

• 因为迭代器遍历完当前元素跳到下一个元素，底层数据结构的具体的遍历方式都封装在这个迭代器的++运算符函数了；
• 所以，作为使用方，我们不需要知道底层的数据结构原理；
• 我们只知道底层数据元素的遍历都封装在++运算符重载函数里面。

在之前实现的vector基础上，继续完善！

迭代器一般实现成容器的嵌套类型:

注意迭代器中提供的成员方法，非常经典！

• 只有容器底层数据结构内存是连续的，才提供[]运算符的重载（底层是链表，红黑树，哈希表，底层不是线性的，内存不连续，给它们提供[]重载函数没有意义）
• 只有通过迭代器访问才是对所有容器是有意义的！

对于vector来说，我们可以通过[]运算符重载函数遍历访问容器，也可以定义迭代器访问容器，也可以使用for_each访问容器

用库里的容器vector演示；

如果只删除容器中第一个偶数：


进程返回为0，没有问题。

如果是把容器中所有的偶数都删除：


进程运行出现了意外的中止，不可预期的错误。
进程不是正常结束运行。

第一次调用erase之后，迭代器就失效了，再进行++it就有问题了，是非法操作。

如果只增加元素1次：


进程是正常的结束。

如果把break去掉。需要添加元素多次。


进程意外中止。

第一次运行完之后，迭代器就失效了，对失效的迭代器++，就是非法的操作了。

我们分析一下：

当我们使用迭代器从首元素开始遍历的时候，遇到一个偶数88，要进行删除操作。

• 把it指向的元素删除掉，当我们把88删除以后，删除点到容器末尾的位置的所有生成的迭代器就都失效了
• 也就是删除元素的迭代器本身，和 后边有生成的迭代器都失效了，再使用就都出现错误了。
  

增加元素的情况也是一样的。

删除点或者增加点之前的迭代器都是好的，删除点或者增加点的迭代器及之后的迭代器都是失效的。

增加元素还有一种情况：

• 扩容了；
• 就是在其他地方重新开辟内存，相当于原来的容器底层上保持的迭代器就全部都失效了，因为vector底层是数组，vector的迭代器就是指针，原来的迭代器指向的是原来的数组内存空间，肯定完全失效了。

a： 当容器调用erase方法后，当前位置到容器末尾元素的所有的迭代器全部失效了
b： 当容器调用insert方法后，当前位置到容器末尾元素的所有的迭代器全部失效了

c：对于insert插入来说，如果引起容器内存扩容，那么原来容器的所有的迭代器就全部失效了

d： 不同容器的迭代器是不能进行比较运算的

对插入/删除点的迭代器进行更新操作

我们发现：

• erase和insert都会返回一个新的迭代器。
• 给当前位置插入元素或者删除元素，当前元素的后边元素都会发生移动，指向当前元素的迭代器就失效了。

当我们增加或者删除操作，会把操作完的当前位置的新的迭代器返回。（生成当前位置的合法的迭代器并返回）

我们用it去接收返回的更新的迭代器。

我们删除了元素以后，后边的元素都会前移，所以it就不要++了。

//把vec容器中所有的偶数全部删除
auto it = vec.begin();
while (it != vec.end())
{
	if (*it % 2 == 0)
	{
		it = vec.erase(it);//更新删除当前元素的位置的迭代器
	}
	else
	{
		++it;
	}
}

在写代码的过程中，涉及到用迭代器 删除 / 当前位置增加新元素的 时候，一定要对迭代器进行更新操作。

我们现在来解决插入元素的问题。

插入一个元素，就把原来当前位置的元素都后移了。

所以我们的it还要再多执行1次++了。

//给vec容器中所有的偶数前面添加一个小于偶数值1的数字
auto it = vec.begin();
for (; it != vec.end(); ++it)
{
	if (*it % 2 == 0)
	{
		it = vec.insert(it, *it - 1);
		++it;
	}
}

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector vec;
	for (int i = 0; i < 20; ++i)
	{
		vec.push_back(rand() % 100 + 1);
	}

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;

#if 0
	//给vec容器中所有的偶数前面添加一个小于偶数值1的数字
	auto it = vec.begin();
	for (; it != vec.end(); ++it)
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = vec.insert(it, *it-1);
			++it;
		}
	}
#endif

#if 0
	//把vec容器中所有的偶数全部删除
	auto it = vec.begin();
	while (it != vec.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			//迭代器失效的问题，第一次调用erase以后，迭代器it就失效了
			it = vec.erase(it); // insert(it, val)   erase(it)
			//break;  迭代器失效了，再进行++it就有问题了，是非法操作 
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}
#endif

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}
#endif

我们要把所有迭代器都记录下来！
当我们发现通过那个迭代器进行增加 删除，就要让相应的迭代器失效，让迭代器重新更新。

迭代器的构造函数：

构造完生成1个节点

构造函数的内容相当于头插法：


形成链表，记录用户从容器中获取的是哪个元素的迭代器

迭代器的成员：

#include 
using namespace std;


//定义容器的空间配置器，和C++标准库的allocator实现一样
template
struct Allocator
{
	T* allocate(size_t size)//负责内存开辟
	{
		return (T*)malloc(sizeof(T) * size);
	}
	void deallocate(void* p)//负责内存释放
	{
		free(p);
	}
	void construct(T* p, const T& val)//负责对象构造
	{
		new (p) T(val);//定位new
	}
	void destroy(T* p)//负责对象析构
	{
		p->~T();// ~T()代表了T类型的析构函数
	}
};


template>
class vector
{
public:
	vector(int size = 10)//构造函数 
	{
		//需要把内存开辟和对象构造分开处理
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		_last = _first;
		_end = _first + size;
	}
	~vector()//析构函数 
	{
		//析构容器有效的元素，然后释放_first指针指向的堆内存
		//delete[]_first;
		for (T* p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);//把_first指针指向的数组的有效元素进行析构操作
		}
		_allocator.deallocate(_first);//释放堆上的数组内存
		_first = _last = _end = nullptr;
	}
	vector(const vector& rhs)//拷贝构造函数 
	{
		int size = rhs._end - rhs._first;
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		int len = rhs._last - rhs._first;
		for (int i = 0; i < len; ++i)
		{
			//_first[i] = rhs._first[i];
			_allocator.construct(_first + i, rhs._first[i]);
		}
		_last = _first + len;
		_end = _first + size;
	}
	vector& operator=(const vector& rhs)//重载赋值函数 
	{
		if (this == &rhs)
			return *this;

		//delete[]_first;
		for (T* p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);//把_first指针指向的数组的有效元素进行析构操作
		}
		_allocator.deallocate(_first);

		int size = rhs._end - rhs._first;
		//_first = new T[size];
		_first = _allocator.allocate(size);
		int len = rhs._last - rhs._first;
		for (int i = 0; i < len; ++i)
		{
			//_first[i] = rhs._first[i];
			_allocator.construct(_first + i, rhs._first[i]);
		}
		_last = _first + len;
		_end = _first + size;
		return *this;
	}
	void push_back(const T& val)//向容器末尾添加元素
	{
		if (full())
			expand();
		/
		verify(it._ptr - 1, _last);//检查这个范围的迭代器，让其失效 
		T* p = _last;//最后一个元素的后继位置 
		while (p > it._ptr)
		{
			_allocator.construct(p, *(p - 1));//在当前位置p上构造*(p-1)的对象 
			_allocator.destroy(p - 1);//把p-1位置的对象析构掉 
			p--;//从后向前走 
		}
		_allocator.construct(p, val);
		_last++;
		return iterator(this, p);//返回p位置生成的新的迭代器 
	}

	//自定义vector容器erase方法的实现 
	iterator erase(iterator it)
	{
		verify(it._ptr - 1, _last);
		//检查这个范围的迭代器，让其失效 -1是为了让当前传入的这个迭代器也失效 
		T* p = it._ptr;
		while (p < _last - 1)//删除元素，元素的后边位置都要前移 
		{
			_allocator.destroy(p);//析构当前p位置的元素 
			_allocator.construct(p, *(p + 1));//在当前p位置上构建后一个位置上的元素 
			p++;//后移 
		}
		_allocator.destroy(p);
		_last--;
		return iterator(this, it._ptr);
	}

private:
	T* _first;//指向数组起始的位置
	T* _last;//指向数组中有效元素的后继位置
	T* _end;//指向数组空间的后继位置
	Alloc _allocator; // 定义容器的空间配置器对象

	//容器迭代器失效增加代码
	struct Iterator_Base
	{
		Iterator_Base(iterator* c = nullptr, Iterator_Base* n = nullptr)
			:_cur(c), _next(n) {}
		iterator* _cur;//指向某个迭代器的指针 
		Iterator_Base* _next;//next指针，保存地址 
	};
	Iterator_Base _head;//头结点，形成链表，记录用户从容器中获取的是哪个元素的迭代器 

	void expand()//容器的二倍扩容
	{
		int size = _end - _first;
		//T *ptmp = new T[2 * size];
		T* ptmp = _allocator.allocate(2 * size);
		for (int i = 0; i < size; ++i)
		{
			//ptmp[i] = _first[i];
			_allocator.construct(ptmp + i, _first[i]);
		}
		//delete[]_first;
		for (T* p = _first; p != _last; ++p)
		{
			_allocator.destroy(p);
		}
		_allocator.deallocate(_first);
		_first = ptmp;
		_last = _first + size;
		_end = _first + 2 * size;
	}
};

int main()
{
	vector vec(200);
	for (int i = 0; i < 20; ++i)
	{
		vec.push_back(rand() % 100 + 1);
	}

	auto it = vec.begin();
	while (it != vec.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			//迭代器失效的问题，第一次调用erase以后，迭代器it就失效了
			it = vec.erase(it);//insert(it, val)   erase(it)
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}

	for (int v : vec)
	{
		cout << v << " ";
	}
	cout << endl;



#if 0
	auto it1 = vec.end();
	vec.pop_back();//verify(_last-1, _last)
	auto it2 = vec.end();
	cout << (it1 != it2) << endl;


	int size = vec.size();
	for (int i = 0; i < size; ++i)
	{
		cout << vec[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	auto it = vec.begin();
	for (; it != vec.end(); ++it)
	{
		cout << *it << " ";
	}
	cout << endl;

	//foreach
	for (int val : vec)//其底层原理，就是通过容器的迭代器来实现容器遍历的
	{
		cout << val << " ";
	}
	cout << endl;
#endif
	return 0;
}
#endif