编写自己的STL容器


120

是否存在有关如何编写与任何STL容器一样行为的新容器的指南?


7
查看现有标准容器的实现,并尝试理解它们-函数,返回类型,运算符重载,嵌套类型,内存管理等。
纳瓦兹

我通常从复制概念上最接近我正在执行的操作的容器的成员函数原型开始,无论是从msdn还是从标准。(cplusplus.com没有C ++ 11函数,并且
www.sgi.com

@Mooing Duck:您认为msdn比sgi更接近标准吗?
达尼(Dani)

3
肯定是。MSDN当前-SGI是标准版
-Puppy,

9
到目前为止,最好的在线参考(wrt完整性,正确性,尤其是可用性)是cppreference.com。它也解释了图书馆之外的大量语言功能。而且它是一个Wiki,因此它所包含的错误应少于cplusplus.com。
rubenvb

Answers:


209

下面是来自§23.2.1 \ 4注拼凑了一个顺序伪容器我iterator_category应该是一个std::input_iterator_tagstd::output_iterator_tagstd::forward_iterator_tagstd::bidirectional_iterator_tagstd::random_access_iterator_tag。另请注意,以下内容在技术上比要求的要严格,但这就是想法。请注意,由于“迭代器”的强大功能,绝大多数“标准”函数在技术上都是可选的。

template <class T, class A = std::allocator<T> >
class X {
public:
    typedef A allocator_type;
    typedef typename A::value_type value_type; 
    typedef typename A::reference reference;
    typedef typename A::const_reference const_reference;
    typedef typename A::difference_type difference_type;
    typedef typename A::size_type size_type;

    class iterator { 
    public:
        typedef typename A::difference_type difference_type;
        typedef typename A::value_type value_type;
        typedef typename A::reference reference;
        typedef typename A::pointer pointer;
        typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category; //or another tag

        iterator();
        iterator(const iterator&);
        ~iterator();

        iterator& operator=(const iterator&);
        bool operator==(const iterator&) const;
        bool operator!=(const iterator&) const;
        bool operator<(const iterator&) const; //optional
        bool operator>(const iterator&) const; //optional
        bool operator<=(const iterator&) const; //optional
        bool operator>=(const iterator&) const; //optional

        iterator& operator++();
        iterator operator++(int); //optional
        iterator& operator--(); //optional
        iterator operator--(int); //optional
        iterator& operator+=(size_type); //optional
        iterator operator+(size_type) const; //optional
        friend iterator operator+(size_type, const iterator&); //optional
        iterator& operator-=(size_type); //optional            
        iterator operator-(size_type) const; //optional
        difference_type operator-(iterator) const; //optional

        reference operator*() const;
        pointer operator->() const;
        reference operator[](size_type) const; //optional
    };
    class const_iterator {
    public:
        typedef typename A::difference_type difference_type;
        typedef typename A::value_type value_type;
        typedef typename const A::reference reference;
        typedef typename const A::pointer pointer;
        typedef std::random_access_iterator_tag iterator_category; //or another tag

        const_iterator ();
        const_iterator (const const_iterator&);
        const_iterator (const iterator&);
        ~const_iterator();

        const_iterator& operator=(const const_iterator&);
        bool operator==(const const_iterator&) const;
        bool operator!=(const const_iterator&) const;
        bool operator<(const const_iterator&) const; //optional
        bool operator>(const const_iterator&) const; //optional
        bool operator<=(const const_iterator&) const; //optional
        bool operator>=(const const_iterator&) const; //optional

        const_iterator& operator++();
        const_iterator operator++(int); //optional
        const_iterator& operator--(); //optional
        const_iterator operator--(int); //optional
        const_iterator& operator+=(size_type); //optional
        const_iterator operator+(size_type) const; //optional
        friend const_iterator operator+(size_type, const const_iterator&); //optional
        const_iterator& operator-=(size_type); //optional            
        const_iterator operator-(size_type) const; //optional
        difference_type operator-(const_iterator) const; //optional

        reference operator*() const;
        pointer operator->() const;
        reference operator[](size_type) const; //optional
    };

    typedef std::reverse_iterator<iterator> reverse_iterator; //optional
    typedef std::reverse_iterator<const_iterator> const_reverse_iterator; //optional

    X();
    X(const X&);
    ~X();

    X& operator=(const X&);
    bool operator==(const X&) const;
    bool operator!=(const X&) const;
    bool operator<(const X&) const; //optional
    bool operator>(const X&) const; //optional
    bool operator<=(const X&) const; //optional
    bool operator>=(const X&) const; //optional

    iterator begin();
    const_iterator begin() const;
    const_iterator cbegin() const;
    iterator end();
    const_iterator end() const;
    const_iterator cend() const;
    reverse_iterator rbegin(); //optional
    const_reverse_iterator rbegin() const; //optional
    const_reverse_iterator crbegin() const; //optional
    reverse_iterator rend(); //optional
    const_reverse_iterator rend() const; //optional
    const_reverse_iterator crend() const; //optional

    reference front(); //optional
    const_reference front() const; //optional
    reference back(); //optional
    const_reference back() const; //optional
    template<class ...Args>
    void emplace_front(Args&&...); //optional
    template<class ...Args>
    void emplace_back(Args&&...); //optional
    void push_front(const T&); //optional
    void push_front(T&&); //optional
    void push_back(const T&); //optional
    void push_back(T&&); //optional
    void pop_front(); //optional
    void pop_back(); //optional
    reference operator[](size_type); //optional
    const_reference operator[](size_type) const; //optional
    reference at(size_type); //optional
    const_reference at(size_type) const; //optional

    template<class ...Args>
    iterator emplace(const_iterator, Args&&...); //optional
    iterator insert(const_iterator, const T&); //optional
    iterator insert(const_iterator, T&&); //optional
    iterator insert(const_iterator, size_type, T&); //optional
    template<class iter>
    iterator insert(const_iterator, iter, iter); //optional
    iterator insert(const_iterator, std::initializer_list<T>); //optional
    iterator erase(const_iterator); //optional
    iterator erase(const_iterator, const_iterator); //optional
    void clear(); //optional
    template<class iter>
    void assign(iter, iter); //optional
    void assign(std::initializer_list<T>); //optional
    void assign(size_type, const T&); //optional

    void swap(X&);
    size_type size() const;
    size_type max_size() const;
    bool empty() const;

    A get_allocator() const; //optional
};
template <class T, class A = std::allocator<T> >
void swap(X<T,A>&, X<T,A>&); //optional

另外,每当我创建一个容器时,我都会或多或少地像这样测试一个类:

#include <cassert>
struct verify;
class tester {
    friend verify;
    static int livecount;
    const tester* self;
public:
    tester() :self(this) {++livecount;}
    tester(const tester&) :self(this) {++livecount;}
    ~tester() {assert(self==this);--livecount;}
    tester& operator=(const tester& b) {
        assert(self==this && b.self == &b);
        return *this;
    }
    void cfunction() const {assert(self==this);}
    void mfunction() {assert(self==this);}
};
int tester::livecount=0;
struct verify {
    ~verify() {assert(tester::livecount==0);}
}verifier;

创建容器的tester对象,并function()在测试容器时调用每个对象。不要制作任何全局tester对象。如果您的容器在任何地方作弊,那么本tester课程将assert并且您会知道您在某处意外作弊。


1
这是有趣的。测试人员如何工作?有一些解析错误,这些解析错误是微不足道的(缺少“;”),但不确定验证析构函数的工作方式。哦,你是说assert(tester::livecount == 0);。嗯,仍然不确定这个测试框架如何工作。你能举个例子吗?
阿德里安

2
测试器只有一个非静态成员,它是指向其自身的指针,而析构函数和成员是一种检查是否无效的方法memcpy。(测试不是万无一失的,但能抓住一些挑战)。本livecount是一个简单的泄漏检测器,以确保所谓的同等数量的构造函数和析构函数的容器。
Mooing Duck

好的,我明白了,但是这如何测试您的迭代器?顺便说一句,我想你verifier不是故意的varifier
阿德里安

4
@Adrian不,不,您编写您的容器,然后将一堆容器放入容器中,然后对容器进行操作,以确认您没有意外地死机,并记住要调用所有析构函数。
Mooing Duck

1
我是否建议您std::iterator从标头继承迭代器<iterator>
sp2danny

28

您将需要阅读有关容器的C ++标准部分,以及C ++标准对容器实现施加的要求。

C ++ 03标准的相关章节为:

第23.1节容器要求

C ++ 11标准中的相关章节为:

第23.2节容器要求

C ++ 11标准的准最终草案可在此处免费获得。

您可能还需要阅读一些优秀的书籍,这些书籍将帮助您从使用容器的角度了解要求。容易引起我注意的两本出色的书是:

有效STL通过斯科特迈尔斯
C ++标准库:教程和参考尼古拉Josutils


6

这是伪造矢量的非常简单的实现,该伪造矢量基本上是一个包装器,std::vector并具有自己的(但是真实的)迭代器,它模仿了STL迭代器。同样,迭代器非常简单,跳过了诸如const_iterator有效性检查等许多概念。

代码是开箱即用的。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>

template<typename T>
struct It
{
    std::vector<T>& vec_;
    int pointer_;

    It(std::vector<T>& vec) : vec_{vec}, pointer_{0} {}

    It(std::vector<T>& vec, int size) : vec_{vec}, pointer_{size} {}

    bool operator!=(const It<T>& other) const
    {
        return !(*this == other);
    }

    bool operator==(const It<T>& other) const
    {
        return pointer_ == other.pointer_;
    }

    It& operator++()
    {
        ++pointer_;            
        return *this;
    }

    T& operator*() const
    {
        return vec_.at(pointer_);   
    }
};

template<typename T>
struct Vector
{
    std::vector<T> vec_;

    void push_back(T item)
    {
        vec_.push_back(item);
    };

    It<T> begin()
    {
        return It<T>(vec_);
    }

    It<T> end()
    {
        return It<T>(vec_, vec_.size());
    }
};

int main()
{
  Vector<int> vec;
  vec.push_back(1);
  vec.push_back(2);
  vec.push_back(3);

  bool first = true;
  for (It<int> it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
  {
      if (first) //modify container once while iterating
      {
          vec.push_back(4);
          first = false;
      }

      std::cout << *it << '\n'; //print it 
      (*it)++;                  //change it
  }

  for (It<int> it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
  {
      std::cout << *it << '\n'; //should see changed value
  }
}
By using our site, you acknowledge that you have read and understand our Cookie Policy and Privacy Policy.
Licensed under cc by-sa 3.0 with attribution required.