C++中vector实现及使用详解

    vector是)C++中的一种数据结构,确切的说是一个类.它相当于一个动态的数组,当程序员无法知道自己需要的数组的规模多大时,用其来解决问题可以达到最大节约空间的目的

1、vectot与array

       vector与array非常相似。两者的唯一区别在于空间的运用的灵活性。array是静态空间，一旦配置了就不能改变；vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自行扩充空间以容纳新元素。因此，vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，因此也不必因为害怕空间不足而一开始要求一个大块头的array了。另外，由于vector维护的是一个连续线性空间，所以vector支持随机存取。注意：vector动态增加大小时，并不是在原空间之后持续新空间（因为无法保证原空间之后尚有可供配置的空间），而是以原大小的两倍另外配置一块较大的空间，然后将原内容拷贝过来，然后才开始在原内容之后构造新元素，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员易犯的一个错误，务需小心。

2、vector原码分析

1. class vector  
2. {  
3. public:  
4.     // vector的嵌套类型定义,typedefs用于提供iterator_traits支持  
5.     typedef T value_type;  
6.     typedef value_type* pointer;  
7.     typedef value_type* iterator;  
8.     typedef value_type& reference;  
9.     typedef size_t size_type;  
10.     typedef ptrdiff_t difference_type;  
11. protected:  
12.     // 这个提供STL标准的allocator接口   
13.     typedef simple_alloc  data_allocator;  
14.   
15.     iterator start;               // 表示目前使用空间的头  
16.     iterator finish;              // 表示目前使用空间的尾  
17.     iterator end_of_storage;      // 表示实际分配内存空间的尾  
18.   
19.     void insert_aux(iterator position, const T& x);  
20.   
21.     // 释放分配的内存空间   
22.     void deallocate()  
23.     {  
24.         // 由于使用的是data_allocator进行内存空间的分配,   
25.         // 所以需要同样使用data_allocator::deallocate()进行释放  
26.         // 如果直接释放, 对于data_allocator内部使用内存池的版本  
27.         // 就会发生错误   
28.         if (start)  
29.             data_allocator::deallocate(start, end_of_storage - start);  
30.     }  
31.   
32.     void fill_initialize(size_type n, const T& value)  
33.     {  
34.         start = allocate_and_fill(n, value);  
35.         finish = start + n;                         // 设置当前使用内存空间的结束点  
36.         // 构造阶段, 此实作不多分配内存,   
37.         // 所以要设置内存空间结束点和, 已经使用的内存空间结束点相同  
38.         end_of_storage = finish;  
39.     }  
40.   
41. public:  
42.     // 获取几种迭代器   
43.     iterator begin() { return start; }  
44.     iterator end() { return finish; }  
45.   
46.     // 返回当前对象个数   
47.     size_type size() const { return size_type(end() - begin()); }  
48.     size_type max_size() const { return size_type(-1) / sizeof(T); }  
49.     // 返回重新分配内存前最多能存储的对象个数   
50.     size_type capacity() const { return size_type(end_of_storage - begin()); }  
51.     bool empty() const { return begin() == end(); }  
52.     reference operator[](size_type n) { return *(begin() + n); }  
53.   
54.     // 本实作中默认构造出的vector不分配内存空间   
55.     vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0) {}  
56.   
57.   
58.     vector(size_type n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }  
59.     vector(int n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }  
60.     vector(long n, const T& value) { fill_initialize(n, value); }  
61.   
62.     // 需要对象提供默认构造函数   
63.     explicit vector(size_type n) { fill_initialize(n, T()); }  
64.   
65.     vector(const vector& x)  
66.     {  
67.         start = allocate_and_copy(x.end() - x.begin(), x.begin(), x.end());  
68.         finish = start + (x.end() - x.begin());  
69.         end_of_storage = finish;  
70.     }  
71.   
72.     ~vector()  
73.     {  
74.         // 析构对象   
75.         destroy(start, finish);  
76.         // 释放内存   
77.         deallocate();  
78.     }  
79.   
80.     vector& operator=(const vector& x);  
81.   
82.     // 提供访问函数   
83.     reference front() { return *begin(); }  
84.     reference back() { return *(end() - 1); }  
85.   
86.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
87.     // 向容器尾追加一个元素, 可能导致内存重新分配   
88.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
89.     //                          push_back(const T& x)  
90.     //                                   |  
91.     //                                   |---------------- 容量已满?  
92.     //                                   |  
93.     //               ----------------------------  
94.     //           No  |                          |  Yes  
95.     //               |                          |  
96.     //               ↓                          ↓  
97.     //      construct(finish, x);       insert_aux(end(), x);  
98.     //      ++finish;                           |  
99.     //                                          |------ 内存不足, 重新分配  
100.     //                                          |       大小为原来的2倍  
101.     //      new_finish = data_allocator::allocate(len);         
102.     //      uninitialized_copy(start, position, new_start);     
103.     //      construct(new_finish, x);                           
104.     //      ++new_finish;   
105.     //      uninitialized_copy(position, finish, new_finish);   
106.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
107.   
108.     void push_back(const T& x)  
109.     {  
110.         // 内存满足条件则直接追加元素, 否则需要重新分配内存空间   
111.         if (finish != end_of_storage)  
112.         {  
113.             construct(finish, x);  
114.             ++finish;  
115.         }  
116.         else  
117.             insert_aux(end(), x);  
118.     }  
119.   
120.   
121.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
122.     // 在指定位置插入元素   
123.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
124.     //                   insert(iterator position, const T& x)  
125.     //                                   |  
126.     //                                   |------------ 容量是否足够 && 是否是end()?  
127.     //                                   |  
128.     //               -------------------------------------------  
129.     //            No |                                         | Yes  
130.     //               |                                         |  
131.     //               ↓                                         ↓  
132.     //    insert_aux(position, x);                  construct(finish, x);  
133.     //               |                              ++finish;  
134.     //               |-------- 容量是否够用?   
135.     //               |   
136.     //        --------------------------------------------------  
137.     //    Yes |                                                | No  
138.     //        |                                                |  
139.     //        ↓                                                |  
140.     // construct(finish, *(finish - 1));                       |  
141.     // ++finish;                                               |  
142.     // T x_copy = x;                                           |  
143.     // copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);        |  
144.     // *position = x_copy;                                     |  
145.     //                                                         ↓  
146.     // data_allocator::allocate(len);                         
147.     // uninitialized_copy(start, position, new_start);        
148.     // construct(new_finish, x);                              
149.     // ++new_finish;   
150.     // uninitialized_copy(position, finish, new_finish);      
151.     // destroy(begin(), end());                               
152.     // deallocate();   
153.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
154.   
155.     iterator insert(iterator position, const T& x)  
156.     {  
157.         size_type n = position - begin();  
158.         if (finish != end_of_storage && position == end())  
159.         {  
160.             construct(finish, x);  
161.             ++finish;  
162.         }  
163.         else  
164.             insert_aux(position, x);  
165.         return begin() + n;  
166.     }  
167.   
168.     iterator insert(iterator position) { return insert(position, T()); }  
169.   
170.     void pop_back()  
171.     {  
172.         --finish;  
173.         destroy(finish);  
174.     }  
175.   
176.     iterator erase(iterator position)  
177.     {  
178.         if (position + 1 != end())  
179.             copy(position + 1, finish, position);  
180.         --finish;  
181.         destroy(finish);  
182.         return position;  
183.     }  
184.   
185.   
186.     iterator erase(iterator first, iterator last)  
187.     {  
188.         iterator i = copy(last, finish, first);  
189.         // 析构掉需要析构的元素   
190.         destroy(i, finish);  
191.         finish = finish - (last - first);  
192.         return first;  
193.     }  
194.   
195.     // 调整size, 但是并不会重新分配内存空间   
196.     void resize(size_type new_size, const T& x)  
197.     {  
198.         if (new_size < size())  
199.             erase(begin() + new_size, end());  
200.         else  
201.             insert(end(), new_size - size(), x);  
202.     }  
203.     void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }  
204.   
205.     void clear() { erase(begin(), end()); }  
206.   
207. protected:  
208.     // 分配空间, 并且复制对象到分配的空间处   
209.     iterator allocate_and_fill(size_type n, const T& x)  
210.     {  
211.         iterator result = data_allocator::allocate(n);  
212.         uninitialized_fill_n(result, n, x);  
213.         return result;  
214.     }  
215.   
216.     // 提供插入操作   
217.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
218.     //                 insert_aux(iterator position, const T& x)  
219.     //                                   |  
220.     //                                   |---------------- 容量是否足够?  
221.     //                                   ↓  
222.     //              -----------------------------------------  
223.     //        Yes   |                                       | No  
224.     //              |                                       |  
225.     //              ↓                                       |  
226.     // 从opsition开始, 整体向后移动一个位置                     |  
227.     // construct(finish, *(finish - 1));                    |  
228.     // ++finish;                                            |  
229.     // T x_copy = x;                                        |  
230.     // copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);     |  
231.     // *position = x_copy;                                  |  
232.     //                                                      ↓  
233.     //                            data_allocator::allocate(len);  
234.     //                            uninitialized_copy(start, position, new_start);  
235.     //                            construct(new_finish, x);  
236.     //                            ++new_finish;  
237.     //                            uninitialized_copy(position, finish, new_finish);  
238.     //                            destroy(begin(), end());  
239.     //                            deallocate();  
240.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
241.   
242.     template <class T, class Alloc>  
243.     void insert_aux(iterator position, const T& x)  
244.     {  
245.         if (finish != end_of_storage)    // 还有备用空间  
246.         {  
247.             // 在备用空间起始处构造一个元素，并以vector最后一个元素值为其初值  
248.             construct(finish, *(finish - 1));  
249.             ++finish;  
250.             T x_copy = x;  
251.             copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);  
252.             *position = x_copy;  
253.         }  
254.         else   // 已无备用空间  
255.         {  
256.             const size_type old_size = size();  
257.             const size_type len = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;  
258.             // 以上配置元素：如果大小为0，则配置1（个元素大小）   
259.             // 如果大小不为0，则配置原来大小的两倍  
260.             // 前半段用来放置原数据，后半段准备用来放置新数据   
261.   
262.             iterator new_start = data_allocator::allocate(len);  // 实际配置  
263.             iterator new_finish = new_start;  
264.             // 将内存重新配置   
265.             try  
266.             {  
267.                 // 将原vector的安插点以前的内容拷贝到新vector  
268.                 new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);  
269.                 // 为新元素设定初值 x   
270.                 construct(new_finish, x);  
271.                 // 调整水位   
272.                 ++new_finish;  
273.                 // 将安插点以后的原内容也拷贝过来  
274.                 new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);  
275.             }  
276.             catch(...)  
277.             {  
278.                 // 回滚操作   
279.                 destroy(new_start, new_finish);  
280.                 data_allocator::deallocate(new_start, len);  
281.                 throw;  
282.             }  
283.             // 析构并释放原vector   
284.             destroy(begin(), end());  
285.             deallocate();  
286.   
287.             // 调整迭代器，指向新vector  
288.             start = new_start;  
289.             finish = new_finish;  
290.             end_of_storage = new_start + len;  
291.         }  
292.     }  
293.   
294.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
295.     // 在指定位置插入n个元素   
296.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
297.     //             insert(iterator position, size_type n, const T& x)  
298.     //                                   |  
299.     //                                   |---------------- 插入元素个数是否为0?  
300.     //                                   ↓  
301.     //              -----------------------------------------  
302.     //        No    |                                       | Yes  
303.     //              |                                       |  
304.     //              |                                       ↓  
305.     //              |                                    return;  
306.     //              |----------- 内存是否足够?   
307.     //              |   
308.     //      -------------------------------------------------  
309.     //  Yes |                                               | No  
310.     //      |                                               |  
311.     //      |------ (finish - position) > n?                |  
312.     //      |       分别调整指针                              |  
313.     //      ↓                                               |  
314.     //    ----------------------------                      |  
315.     // No |                          | Yes                  |  
316.     //    |                          |                      |  
317.     //    ↓                          ↓                      |  
318.     // 插入操作, 调整指针           插入操作, 调整指针           |  
319.     //                                                      ↓  
320.     //            data_allocator::allocate(len);  
321.     //            new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);  
322.     //            new_finish = uninitialized_fill_n(new_finish, n, x);  
323.     //            new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);  
324.     //            destroy(start, finish);   
325.     //            deallocate();  
326.     ////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////  
327.   
328.     template <class T, class Alloc>  
329.     void insert(iterator position, size_type n, const T& x)  
330.     {  
331.         // 如果n为0则不进行任何操作   
332.         if (n != 0)  
333.         {  
334.             if (size_type(end_of_storage - finish) >= n)  
335.             {      // 剩下的备用空间大于等于“新增元素的个数”  
336.                 T x_copy = x;  
337.                 // 以下计算插入点之后的现有元素个数  
338.                 const size_type elems_after = finish - position;  
339.                 iterator old_finish = finish;  
340.                 if (elems_after > n)  
341.                 {  
342.                     // 插入点之后的现有元素个数 大于 新增元素个数  
343.                     uninitialized_copy(finish - n, finish, finish);  
344.                     finish += n;    // 将vector 尾端标记后移  
345.                     copy_backward(position, old_finish - n, old_finish);  
346.                     fill(position, position + n, x_copy); // 从插入点开始填入新值  
347.                 }  
348.                 else  
349.                 {  
350.                     // 插入点之后的现有元素个数 小于等于 新增元素个数  
351.                     uninitialized_fill_n(finish, n - elems_after, x_copy);  
352.                     finish += n - elems_after;  
353.                     uninitialized_copy(position, old_finish, finish);  
354.                     finish += elems_after;  
355.                     fill(position, old_finish, x_copy);  
356.                 }  
357.             }  
358.             else  
359.             {   // 剩下的备用空间小于“新增元素个数”（那就必须配置额外的内存）  
360.                 // 首先决定新长度：就长度的两倍 ， 或旧长度+新增元素个数  
361.                 const size_type old_size = size();  
362.                 const size_type len = old_size + max(old_size, n);  
363.                 // 以下配置新的vector空间  
364.                 iterator new_start = data_allocator::allocate(len);  
365.                 iterator new_finish = new_start;  
366.                 __STL_TRY  
367.                 {  
368.                     // 以下首先将旧的vector的插入点之前的元素复制到新空间  
369.                     new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);  
370.                     // 以下再将新增元素（初值皆为n）填入新空间  
371.                     new_finish = uninitialized_fill_n(new_finish, n, x);  
372.                     // 以下再将旧vector的插入点之后的元素复制到新空间  
373.                     new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);  
374.                 }  
375. #         ifdef  __STL_USE_EXCEPTIONS  
376.                 catch(...)  
377.                 {  
378.                     destroy(new_start, new_finish);  
379.                     data_allocator::deallocate(new_start, len);  
380.                     throw;  
381.                 }  
382. #         endif /* __STL_USE_EXCEPTIONS */  
383.                 destroy(start, finish);  
384.                 deallocate();  
385.                 start = new_start;  
386.                 finish = new_finish;  
387.                 end_of_storage = new_start + len;  
388.             }  
389.         }  
390.     }  
391. };  

 3、使用vector

（1）文件包含:     

           首先在程序开头处加上#include以包含所需要的类文件vector同时加上using namespace std;

（2）vector声明：

            使用vector声明数组时，对于一维的数组，格式如右：:vector a;(等于声明了一个int数组a[],大小没有指定,可以动态的向里面添加删除)；对于多维数组，可以直接给数组名加*，例如用vector代替二维数组.其实只要声明一个一维数组向量即可,而一个数组的名字其实代表的是它的首地址,所以只要声明一个地址的向量即可,即:vector  a.同理想用向量代替三维数组也是一样,vector a;再往上面依此类推；

（3）成员函数作用

1.push_back   在数组的最后添加一个数据
2.pop_back    去掉数组的最后一个数据 
3.at                得到编号位置的数据
4.begin           得到数组头的指针
5.end             得到数组的最后一个单元+1的指针
6.front            得到数组头的引用
7.back            得到数组的最后一个单元的引用
8.max_size     得到vector最大可以是多大
9.capacity       当前vector分配的大小
10.size           当前使用数据的大小
11.resize         改变当前使用数据的大小，如果它比当前使用的大，者填充默认值
12.reserve      改变当前vecotr所分配空间的大小
13.erase         删除指针指向的数据项
14.clear          清空当前的vector
15.rbegin        将vector反转后的开始指针返回(其实就是原来的end-1)
16.rend          将vector反转构的结束指针返回(其实就是原来的begin-1)
17.empty        判断vector是否为空
18.swap         与另一个vector交换数据

（4）vector的用法实例

vector容器提供了多种创建方法，下面介绍几种常用的。
创建一个Widget类型的空的vector对象：
　　vector vWidgets;
　　
创建一个包含500个Widget类型数据的vector：
　　vector vWidgets(500);
　　
创建一个包含500个Widget类型数据的vector，并且都初始化为0：
　　vector vWidgets(500, Widget(0));
　　　
向vector添加一个数据
　　vector添加数据的缺省方法是push_back()。
    push_back()函数表示将数据添加到vector的尾部，并按需要来分配内存。


例如：向vector中添加10个数据，需要如下编写代码：
　　for(int i= 0;i<10; i++) {
　　  vWidgets.push_back(Widget(i));
　　}


获取vector中指定位置的数据
    如果想知道vector是否存放了数据，可以使用empty()。
    获取vector的大小，可以使用size()。


例如，如果想获取一个vector v的大小，但不知道它是否为空，或者是否已经包含了数据，如果为空想设置为-1，
你可以使用下面的代码实现：
　　int nSize = v.empty() ? -1 : v.size();
　　
访问vector中的数据可以使用 vector::at()
　at()进行了边界检查，如果访问超过了vector的范围，将抛出一个例外。
　　
分析下面的代码：
　　vector v;
　　v.reserve(10);
　　
    for(int i=0; i<7; i++) {
　　  v.push_back(i);
　　}
　　
    try {

          int iVal1 = v[7];
　　  // not bounds checked - will not throw
　　  int iVal2 = v.at(7);
　　  // bounds checked - will throw if out of range
　　} 
    
    catch(const exception& e) {
　　  cout << e.what();
　　}
　　
删除vector中的数据
vector能够非常容易地添加数据，也能很方便地取出数据，
同样vector提供了erase()，pop_back()，clear()来删除数据，
当删除数据时，应该知道要删除尾部的数据，或者是删除所有数据，还是个别的数据。