【C++】C++避坑经验谈：数组、vector

要给新人培训C++，奈何大家的时间是分散的，所以在这里开坑写文章了。这里只是个人经验，如果我也坑了的话请勿喷。

一、指针和数组很危险？
　　流行的说法是C++尽量不要用指针和数组。指针会出现各种bug。当然只是说尽量不要用，不是说不用。在小型项目和追求速度的项目中，用指针并没有太大问题。注意释放并置零指针、不要用悬垂指针、避免数组越界，指针用起来并没有太大问题。但是遇到中大型项目，经验丰富的程序员会出现指针错误使用的情况，是很正常。
　　在项目中，我们会尽量减少指针使用，比如：函数传参使用引用传递；使用智能指针；仿照STL的迭代器，对指针进行包裹。
　　注意的是，如果只是临时使用指针，很快就会处理掉这个指针的话，用一用根本无关紧要，不能实行教条主义。另外需要注意的是，智能指针std::shared_ptr包含的两个对象，如果对象内部有指向对方的std::shared_ptr指针，是会出错的，原因可以从std::shared_ptr的实现——引用计数中去思考。按照传统的方法，相互指向对方的指针，其中一方可以使用std::shared_ptr指针，另一方需要使用std::weak_ptr指针。在开源三维图像库VTK中，vtk的两大类对象集合：processObject和dataObject内部有相互指向对方的指针。VTK是processObject包含指向dataObject的智能指针，dataObject内部直接使用指向processObject的普通指针。这是一种合理的方法。

二、图像存储用数组还是std::vector？
　　官方的说法是多用std::vector。然而对于图像处理的程序员来说，图像数据应该使用数组来存储。
　　Debug模式用来进行程序调试，寻找详细的出错信息；Release模式可以用glog日志、printf输出代码信息等方法来获取出错信息，但明显不如Debug模式靠谱。release程序的std::vector有时候可以达到原生数组的速度，一些第三方STL库内部就是用数组来实现std::vector的；然而在Debug模式下，各平台上std::vector比数组慢多了。图像处理程序中，快速遍历图像是基本操作之一，如果我们要用Debug模式调试程序，显然用遍历std::vector存储的图像，会慢的发狂。因此对于追求速度的一些实现，数组是优先选择。
　　然而前面说了，C++要少用普通指针。因此我们一般需要用C++类对指向图像数据的数组进行包裹。OpenCV库的C和C++模式分别使用lpImage和Mat两种数据格式，其中lpImage是用C-struct结构体对图像数据指针和其他信息的包装，但是依然需要使用专门的函数来删除它；Mat是基于C++ 类class/struct封装的图像数据，使用方法跟基本数据类型如int一样，基本无需关心指针和内存方面的问题。C++类使用构造函数来自动创建图像数组和相关信息，析构函数可以在退出作用域时自动调用来删除数据。这使得C++可以构造资源管理类来管理大量的数据。
　　PS:在C++中，struct和class的区别在于，struct没有指定的成员都是public，而class没有指定的成员都是private；C++的struct包含默认构造函数和默认析构函数，而C语言的struct仅仅是一个数据集合，两者是不同的。

三、std::vector什么时候使用？
　　与之相关的问题是：如何选择STL的容器？
　　从问题二中我们看到，std::vector不能用在需要高速读写遍历的情况下。除去上面的情况，在不需要频繁插入删除数据序列头部和中间元素的情况下，不需要使用关联容器的情况下，数组统统用std::vector来实现。
　　std::vector有强大的错误检查，用lazy-operation来实现快速尾部数据扩容。在基本确定数据数量的情况下，我们可以使用resize/reserve函数来预分配内存，提高速度。另外如果只是少量的中间数据的插入、删除，std::vector的速度并没有想象中那么差，无需顾忌书中说的std::vector在中间数据的操作性能很不好啊之类的。
　　下面这种情况，我们基本可以忽略std::vector对中间数据操作性能很差的特性，看如下代码(C++11)：
　　
vector > a;
for (int i = 0; i < 7; ++i) {
vector b = { i+0.1, i+0.2, i+0.3 };
a.push_back(b);
}
cout << a.size() << endl;
double *p = &a[4][1];
cout <

a.erase(a.begin());
a.erase(a.begin());
cout << a.size() << endl;
cout << p << ":" << *p << endl;
　　
输出结果为：
7
00000000002B6B28:4.2
5
00000000002B6B28:4.2
这说明嵌套vector，外层vector保存的是内层vector的指针引用，在删除内层vector元素时，外层vector只是删除了指向内层vector的指针引用并调用了该内层vector元素的析构函数，其他内层vector元素在内存中的位置根本就没有动，因此性能开销不大，可以放心用。