СПРИНТ № 8 | Семантика перемещения | Урок 8: Move-семантика для вектора

array_ptr.h


#include <cassert>
#include <cstdlib>

template <typename Type>
class ArrayPtr {
public:
    ArrayPtr() = default;

    explicit ArrayPtr(size_t size) {
        (size == 0) ? raw_ptr_ = nullptr : raw_ptr_ = new Type[size];
    }

    explicit ArrayPtr(Type* raw_ptr) noexcept {
        if (raw_ptr) raw_ptr_ = raw_ptr;
    }

    ArrayPtr(const ArrayPtr&) = delete;
    ArrayPtr& operator=(const ArrayPtr&) = delete;

    ArrayPtr(ArrayPtr&& other)
    {
        raw_ptr_ = other.raw_ptr_;
        other.raw_ptr_ = nullptr;
    }

    ~ArrayPtr() {
        delete[] raw_ptr_;
    }

    [[nodiscard]] Type* Release() noexcept {
        Type* currentarr = raw_ptr_;
        raw_ptr_ = nullptr;
        return currentarr;
    }

    Type& operator[](size_t index) noexcept {
        return raw_ptr_[index];
    }

    const Type& operator[](size_t index) const noexcept {
        return raw_ptr_[index];
    }

    explicit operator bool() const {
        return (raw_ptr_) ? true : false;
    }

    Type* Get() const noexcept {
        return raw_ptr_;
    }

    void swap(ArrayPtr& other) noexcept {
        Type* temp = other.raw_ptr_;
        other.raw_ptr_ = raw_ptr_;
        raw_ptr_ = temp;
    }

private:
    Type* raw_ptr_ = nullptr;
};

=======================================================================================================================================


simple_vector.h


#pragma once

#include <cassert>
#include <initializer_list>
#include <vector>
#include <exception>
#include <algorithm>
#include <iostream>
#include "array_ptr.h"

class ReserveProxyObj {
public:
    ReserveProxyObj(size_t capacity_to_reserve)
        : capacity_(capacity_to_reserve) {}

    size_t GetCapacity() const {
        return capacity_;
    }

private:
    size_t capacity_;
};

ReserveProxyObj Reserve(size_t capacity_to_reserve) {
    return ReserveProxyObj(capacity_to_reserve);
};

template <typename Type>
class SimpleVector {
public:
    using Iterator = Type*;
    using ConstIterator = const Type*;

    SimpleVector() noexcept = default;

    // Создаёт вектор из size элементов, инициализированных значением по умолчанию
    explicit SimpleVector(size_t size) : size_(size), capacity_(size), ptr_(size) {
        std::fill(begin(), end(), 0);
    }

    // Создаёт вектор из size элементов, инициализированных значением value
    SimpleVector(size_t size, const Type& value) : size_(size), capacity_(size), ptr_(size) {
        std::fill(begin(), end(), value);
    }

    // Создаёт вектор из std::initializer_list
    SimpleVector(std::initializer_list<Type> init) : size_(init.size()), capacity_(init.size()), ptr_(init.size())
    {
        size_t b = 0;
        for (const auto& i : init)
        {
            ptr_[b] = i;
            ++b;
        }
    }

    SimpleVector(const SimpleVector& other): size_(other.size_), capacity_(other.capacity_), ptr_(other.size_){
        std::copy(other.begin(), other.end(), begin());
    }

    SimpleVector& operator=(const SimpleVector& rhs) {
        SimpleVector copy{ rhs };
        swap(copy);
        return *this;
    }

    SimpleVector(SimpleVector&& other)
    {
        swap(other);
    }

    SimpleVector& operator=(SimpleVector&& other)
    {
        delete[] ptr_.Release();
        ArrayPtr<Type> array_ptr(other.size_);
        std::move(other.begin(), other.end(), array_ptr.Get());
        ptr_.swap(array_ptr);
        size_ = other.size_;
        capacity_ = other.capacity_;
        return *this;
    }

    SimpleVector(ReserveProxyObj new_capacity)
    {
        Reserve(new_capacity.GetCapacity());
    }

    void Reserve(size_t new_capacity)
    {
        if(new_capacity > capacity_)
        {
            auto new_vec = ArrayPtr<Type>(new_capacity);
            for (size_t i = 0; i < capacity_; ++i)
            {
                new_vec[i] = ptr_[i];
            }
            ptr_.swap(new_vec);
            capacity_ = new_capacity;
        }
    }

    ~SimpleVector() {}

    // Возвращает количество элементов в массиве
    size_t GetSize() const noexcept {
        return size_;
    }

    // Возвращает вместимость массива
    size_t GetCapacity() const noexcept {
        return capacity_;
    }

    // Сообщает, пустой ли массив
    bool IsEmpty() const noexcept {
        return size_ == 0;
    }

    // Возвращает ссылку на элемент с индексом index
    Type& operator[](size_t index) noexcept {
        return ptr_[index];
    }

    // Возвращает константную ссылку на элемент с индексом index
    const Type& operator[](size_t index) const noexcept {

        return ptr_[index];
    }

    // Возвращает константную ссылку на элемент с индексом index
    // Выбрасывает исключение std::out_of_range, если index >= size
    Type& At(size_t index) {
        if (index >= size_)
            throw std::out_of_range("out of range");
        return ptr_[index];
    }

    // Возвращает константную ссылку на элемент с индексом index
    // Выбрасывает исключение std::out_of_range, если index >= size
    const Type& At(size_t index) const {
        if (index > size_)
            throw std::out_of_range("out of range");
        return ptr_[index];
    }

    // Обнуляет размер массива, не изменяя его вместимость
    void Clear() noexcept {
        size_ = 0;
    }

    // Изменяет размер массива.
    // При увеличении размера новые элементы получают значение по умолчанию для типа Type
    void Resize(size_t new_size) {
        if (new_size > capacity_) {
            auto new_array = ArrayPtr<Type>(new_size);
            for (size_t i = 0; i < size_; ++i) {
                new_array[i] = std::move(ptr_[i]);
            }
            ptr_.swap(new_array);
            capacity_ = new_size;
        }
        for (size_t i = size_; i < new_size; ++i) {
            ptr_[i] = Type();
        }
        size_ = new_size;
    }

    // Возвращает итератор на начало массива
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    Iterator begin() noexcept {
        return ptr_.Get();
        // Напишите тело самостоятельно
    }

    // Возвращает итератор на элемент, следующий за последним
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    Iterator end() noexcept {
        return ptr_.Get() + size_;
    }

    // Возвращает константный итератор на начало массива
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    ConstIterator begin() const noexcept {
        return ptr_.Get();
    }

    // Возвращает итератор на элемент, следующий за последним
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    ConstIterator end() const noexcept {
        return ptr_.Get() + size_;
    }

    // Возвращает константный итератор на начало массива
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    ConstIterator cbegin() const noexcept {
        return ptr_.Get();
    }

    // Возвращает итератор на элемент, следующий за последним
    // Для пустого массива может быть равен (или не равен) nullptr
    ConstIterator cend() const noexcept {
        return ptr_.Get() + size_;
    }

    // Добавляет элемент в конец вектора
    // При нехватке места увеличивает вдвое вместимость вектора
    void PushBack(Type&& item) {
       if(size_ == capacity_)
       {
            auto new_capacity = (capacity_ == 0) ? 1 : capacity_ * 2;
            auto new_vector = ArrayPtr<Type>(new_capacity);
            for (size_t i = 0; i < size_; ++i)
            {
                new_vector[i] = std::move(ptr_[i]);
            }
            ptr_.swap(new_vector);
            capacity_ = new_capacity;
       }
       ptr_[size_] = std::move(item);
       ++size_;
    }

    // Вставляет значение value в позицию pos.
    // Возвращает итератор на вставленное значение
    // Если перед вставкой значения вектор был заполнен полностью,
    // вместимость вектора должна увеличиться вдвое, а для вектора вместимостью 0 стать равной 1
     Iterator Insert(ConstIterator pos, Type&& value) {
        size_t index = pos - begin();
        if(index > capacity_)
        {
            std::out_of_range("exit of out_of_range");
        }
        if(size_ == capacity_)
        {
            auto new_capacity = (capacity_ == 0) ? 1 : capacity_ * 2;
            auto new_vector = ArrayPtr<Type>(new_capacity);
            std::move(begin(), begin()+index, new_vector.Get());
            new_vector[index] = std::move(value);
            std::move(begin()+index, end(), new_vector.Get()+index+1);
            ptr_.swap(new_vector);
            capacity_ = new_capacity;
        }
        else{
            std::move_backward(begin()+index, end(), end()+1);
            ptr_[index] = std::move(value);
        }
        ++size_;
        return Iterator(ptr_.Get() + index);
    }

    // "Удаляет" последний элемент вектора. Вектор не должен быть пустым
    void PopBack() noexcept {
        if(size_) --size_;
    }

    // Удаляет элемент вектора в указанной позиции
    Iterator Erase(ConstIterator pos) {
        auto index = pos-begin();

        if(size_)
        {
            auto new_vector = ArrayPtr<Type>(capacity_);
            std::move(begin(), begin()+index, new_vector.Get());

            std::move(begin() + index+1, end(), new_vector.Get()+index);
            --size_;
            ptr_.swap(new_vector);
        }
        return Iterator(begin() + index);
    }

    // Обменивает значение с другим вектором
    void swap(SimpleVector& other) noexcept {
        std::swap(size_, other.size_);
        std::swap(capacity_, other.capacity_);
        ptr_.swap(other.ptr_);
    }
private:
    size_t size_ = 0;
    size_t capacity_ = 0;
    ArrayPtr<Type> ptr_;
};

template <typename Type>
inline bool operator==(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    return std::equal(lhs.begin(), lhs.end(), rhs.begin());
}

template <typename Type>
inline bool operator!=(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    return !(rhs==lhs);
}

template <typename Type>
inline bool operator<(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    return std::lexicographical_compare(lhs.begin(), lhs.end(), rhs.begin(), rhs.end());

}

template <typename Type>
inline bool operator<=(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    // Заглушка. Напишите тело самостоятельно
    return (lhs<rhs) || (lhs==rhs);
}

template <typename Type>
inline bool operator>(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    return std::lexicographical_compare(rhs.begin(), rhs.end(), lhs.begin(), lhs.end());
}

template <typename Type>
inline bool operator>=(const SimpleVector<Type>& lhs, const SimpleVector<Type>& rhs) {
    // Заглушка. Напишите тело самостоятельно
    return (lhs>rhs) || (lhs==rhs);
}


=======================================================================================================================================


main.cpp


#include "simple_vector.h"

#include <cassert>
#include <utility>
#include <iostream>
#include <numeric>
#include <utility>
#include <vector>

using namespace std;

class X {
public:
    X()
        : X(5) {
    }
    X(size_t num)
        : x_(num) {
    }
    X(const X& other) = delete;
    X& operator=(const X& other) = delete;
    X(X&& other) {
        x_ = exchange(other.x_, 0);
    }
    X& operator=(X&& other) {
        x_ = exchange(other.x_, 0);
        return *this;
    }
    size_t GetX() const {
        return x_;
    }

private:
    size_t x_;
};

SimpleVector<int> GenerateVector(size_t size) {
    SimpleVector<int> v(size);
    iota(v.begin(), v.end(), 1);
    return v;
}

void TestTemporaryObjConstructor() {
    const size_t size = 1000000;
    cout << "Test with temporary object, copy elision" << endl;
    SimpleVector<int> moved_vector(GenerateVector(size));
    assert(moved_vector.GetSize() == size);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestTemporaryObjOperator() {
    const size_t size = 1000000;
    cout << "Test with temporary object, operator=" << endl;
    SimpleVector<int> moved_vector;
    assert(moved_vector.GetSize() == 0);
    moved_vector = GenerateVector(size);
    assert(moved_vector.GetSize() == size);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNamedMoveConstructor() {
    const size_t size = 1000000;
    cout << "Test with named object, move constructor" << endl;
    SimpleVector<int> vector_to_move(GenerateVector(size));
    assert(vector_to_move.GetSize() == size);

    SimpleVector<int> moved_vector(move(vector_to_move));
    assert(moved_vector.GetSize() == size);
    assert(vector_to_move.GetSize() == 0);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNamedMoveOperator() {
    const size_t size = 1000000;
    cout << "Test with named object, operator=" << endl;
    SimpleVector<int> vector_to_move(GenerateVector(size));
    assert(vector_to_move.GetSize() == size);

    SimpleVector<int> moved_vector = move(vector_to_move);
    assert(moved_vector.GetSize() == size);
    assert(vector_to_move.GetSize() == 0);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNoncopiableMoveConstructor() {
    const size_t size = 5;
    cout << "Test noncopiable object, move constructor" << endl;
    SimpleVector<X> vector_to_move;
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        vector_to_move.PushBack(X(i));
    }

    SimpleVector<X> moved_vector = move(vector_to_move);
    assert(moved_vector.GetSize() == size);
    assert(vector_to_move.GetSize() == 0);

    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        assert(moved_vector[i].GetX() == i);
    }
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNoncopiablePushBack() {
    const size_t size = 5;
    cout << "Test noncopiable push back" << endl;
    SimpleVector<X> v;
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        v.PushBack(X(i));
    }

    assert(v.GetSize() == size);

    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        assert(v[i].GetX() == i);
    }
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNoncopiableInsert() {
    const size_t size = 5;
    cout << "Test noncopiable insert" << endl;
    SimpleVector<X> v;
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        v.PushBack(X(i));
    }

    // в начало
    v.Insert(v.begin(), X(size + 1));
    assert(v.GetSize() == size + 1);
    assert(v.begin()->GetX() == size + 1);
    // в конец
    v.Insert(v.end(), X(size + 2));
    assert(v.GetSize() == size + 2);
    assert((v.end() - 1)->GetX() == size + 2);
    // в середину
    v.Insert(v.begin() + 3, X(size + 3));
    assert(v.GetSize() == size + 3);
    assert((v.begin() + 3)->GetX() == size + 3);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

void TestNoncopiableErase() {
    const size_t size = 3;
    cout << "Test noncopiable erase" << endl;
    SimpleVector<X> v;
    for (size_t i = 0; i < size; ++i) {
        v.PushBack(X(i));
    }

    auto it = v.Erase(v.begin());
    assert(it->GetX() == 1);
    cout << "Done!" << endl << endl;
}

int main() {
     TestTemporaryObjConstructor();
     TestTemporaryObjOperator();
     TestNamedMoveConstructor();
     TestNamedMoveOperator();
     TestNoncopiableMoveConstructor();
     TestNoncopiablePushBack();
     TestNoncopiableInsert();
     TestNoncopiableErase();

    return 0;
}