[C++知识库]《C++ Primer》第13章 13.5节习题答案

《C++ Primer》第13章 拷贝控制

13.5节 动态内存管理类 习题答案

练习13.39：编写你自己版本的StrVec，包括自己版本的reserve、capacity（参见9.4节，第318页）和resize（参见9.3.5节，第314页）。

【出题思路】

本题练习设计自己管理内存的类。

【解答】

#ifndef STRVEC13_39_H
#define STRVEC13_39_H


#include <string>
#include <memory>
#include <utility>

class StrVec
{
public:
    StrVec(): elements(nullptr), first_free(nullptr), cap(nullptr)
    {

    }
    StrVec(const StrVec&);
    StrVec& operator=(const StrVec&);
    ~StrVec();

    void push_back(const std::string &);
    size_t size() const
    {
        return first_free - elements;
    }
    size_t capacity() const
    {
        return cap - elements;
    }
    std::string *begin() const
    {
        return elements;
    }
    std::string *end() const
    {
        return first_free;
    }
    void reserve(size_t count);//重分配容量
    void resize(size_t);//重置元素个数

private:
    std::allocator<std::string> alloc;//分配元素
    void chk_n_alloc()
    {
        if(size() == capacity())
            reallocate();
    }
    std::pair<std::string *, std::string *> alloc_n_copy(const std::string *, const std::string *);
    void free();
    void reallocate();
    std::string *elements;      //分配的内存中的首元素
    std::string *first_free;    //最后一个实际元素之后的位置
    std::string *cap;           //分配的内存末尾之后的位置
};

#endif // STRVEC13_39_H

#include "StrVec13_39.h"
#include <iostream>
#include <vector>
#include <utility>

void StrVec::push_back(const std::string &s)
{
    chk_n_alloc();
    alloc.construct(first_free++, s);
}

std::pair<std::string *, std::string *> StrVec::alloc_n_copy(const std::string *b, const std::string *e)
{
    auto data = alloc.allocate(e - b);
    return {data, uninitialized_copy(b, e, data)};
}

void StrVec::free()
{
    if(elements)
    {
        for(auto p = first_free; p != elements;)
            alloc.destroy(--p);
        alloc.deallocate(elements, cap - elements);
    }
}

StrVec::StrVec(const StrVec &s)
{
    auto newdata = alloc_n_copy(s.begin(), s.end());
    elements = newdata.first;
    first_free = cap = newdata.second;
}

StrVec::~StrVec()
{
    free();
}

StrVec &StrVec::operator=(const StrVec &rhs)
{
    auto data = alloc_n_copy(rhs.begin(), rhs.end());
    free();
    elements = data.first;
    first_free = cap = data.second;
    return *this;
}

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;
}

void StrVec::reserve(size_t count)
{
    if(size() < count)
    {
        auto newdata = alloc.allocate(count);
        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 + count;
    }
}

void StrVec::resize(size_t count)
{
    if(count < size())
    {
        for(auto iter = elements + count; iter != first_free; ++iter)
            alloc.destroy(iter);
        first_free = elements + count;
    }

    if(count > size())
    {
        for(size_t i = 0; i != count - size(); ++i)
            alloc.construct(first_free++, std::string());
    }
}

int main()
{
    StrVec vec;
    vec.push_back("scott");
    vec.push_back("camle");
    vec.push_back("星期六");
    vec.push_back("十月");
    vec.push_back("李河");
    vec.push_back("何乐而不为呢");
    std::cout << "strVec=====================size==" << vec.size() << std::endl;
    return 0;
}

运行结果：? strVec=====================size==6

练习13.40：为你的StrVec类添加一个构造函数，它接受一个initializer_list<string>参数。

【出题思路】

本题练习设计列表初始化。

【解答】

通过begin和end获得列表的整个范围，利用辅助函数alloc_n_copy分配足够多的空间，并将范围中的元素拷贝过去即可：

StrVec::StrVec(std::initializer_list<std::string> il)
{
    //调用alloc_n_copy分配与列表il中元素数目一样多的空间
    auto newdata = alloc_n_copy(il.begin(), il.end());
    elements = newdata.first;
    first_free = cap = newdata.second;
}

练习13.41：在push_back中，我们为什么在construct调用中使用后置递增运算？如果使用前置递增运算的话，会发生什么？

【出题思路】

理解几个指针的含义。

【解答】

因为first_free指向第一个空闲位置，也就是最后一个string的尾后位置。当添加新string时，应该保存在first_free指向的位置，然后将first_free推进一个位置，因此后置递增运算恰好符合要求。

如果使用前置递增运算，则是先将first_free推进一个位置，然后将新string保存在新位置上。显然，这种方法意味着first_free指向最后一个string，而非尾后位置，与first_free的设定不吻合。

练习13.42：在你的TextQuery和QueryResult类（参见12.3节，第431页）中用你的StrVec类代替vector<string>，以此来测试你的StrVec类。

【出题思路】

练习StrVec的使用。

【解答】

对TextQuery.h、QueryResult.h和TextQuery.cpp做如下修改：

1. TextQuery.h中file成员的定义改为：
??? std::shared_ptr<StrVec> file; //输入字体
2. QueryResult.h中file成员的定义改为：
??? std::shared_ptr<StrVec> file;
构造函数的第三个参数改为：std::shared_ptr<StrVec> get_file() {return file;}
3.TextQuery.cpp中构造函数初始化file成员的操作改为：
??? TextQuery::TextQuery(ifstream &is):file(new StrVec)

与第12章的练习类似，由于类的封装特性，主程序不用进行任何修改。

练习13.43：重写free成员，用for_each和lambda（参见10.3.2节，第346页）来代替for循环destroy元素。你更倾向于哪种实现，为什么？

【出题思路】

复习lambda的定义和使用。

【解答】

将for循环改成如下形式即可。注意，elements和first_free是string*类型，因此它们指出的范围中的元素是string类型。因此，lambda的参数s应该是string&类型，在lambda的函数体中应该取s的地址，用来调用destroy。

for_each(elements, first_free, [this](std::string &s) {alloc.destory(&s);});
作者倾向于for_each和lambda版本，因为这个版本只需指出范围及对范围中元素执行什么操作即可，而for版本则需程序员小心控制指针的增减。

练习13.44：编写标准库string类的简化版本，命名为String。你的类应该至少有一个默认构造函数和一个接受C风格字符串指针参数的构造函数。使用allocator为你的String类分配所需内存。

【出题思路】

本题练习定义自己管理内存的类。

【解答】

总体上需要注意的地方与StrVec的定义类似，只不过StrVec管理的元素为string，而String管理的元素为char。配套网站已有完整程序，读者可以尝试自己定义String，然后与配套网站中的代码进行对照。