C++学习笔记(十)——vector
未来属于那些相信梦想，并愿意为之付诸行动的人
。
前言
vector的介绍和使用
vector的介绍
vector的使用
vector的定义
vector的iterator
vector的三种遍历方式
vector的空间增长问题
vector迭代器失效问题
vector的模拟实现
析构函数和构造函数
vector的空间增长问题
vector的增删查改
迭代器和operator[]的实现
使用memcpy拷贝问题
此博客所用到的代码我存在了gitee，可以看vector的介绍: 主要介绍vector
前言
今天我们来学习vector,读完本文不仅可以掌握string类的用法，还可以很轻松的解决下面问题:
| 136. 只出现一次的数字 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com) |
| 118. 杨辉三角 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com) |
| vector的介绍: 主要介绍vector |
| 137. 只出现一次的数字 II - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com) |
| 数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网 |
| 17. 电话号码的字母组合 - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com) |
| 260. 只出现一次的数字 III - 力扣（LeetCode） (leetcode-cn.com) |
| 连续子数组的最大和_牛客题霸_牛客网 |
vector的介绍和使用
vector的介绍
连续子数组的最大和_牛客题霸_牛客网
1.vector是表示可变大小数组的序列容器
2.就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理.
3.本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小
4.vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的.
5.因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
6.与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好.
vector的使用
vector的定义
1.无参构造:vector()
2.构造并初始化n个val:vector(size_type n,const value_type& val=value_type())
3.拷贝构造:vector(const vector& x);
4.使用迭代器进行初始化构造:vector(Inputlterator first,lnputlterator last);
vector<int> a1; //无参构造
vector<int> a2(5, 10); //有参构造
vector<int> a3(a2); //拷贝构造
vector<int> a4(a3.begin(), a3.end()); //使用迭代器
vector的iterator
begin+end:获取第一个数据位置的iterator/const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的iterator//const_iterator;
rbegin+rend:获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator;
vector的三种遍历方式
1.for+operator[]
2.迭代器
3.范围for
void test1()
{
vector<int> a1;
a1.push_back(1);
a1.push_back(2);
a1.push_back(3);
a1.push_back(4);
//operator[]的方式遍历
for (size_t i = 0; i < a1.size(); i++)
{
cout << a1[i] << " ";
}
cout << endl;
//范围for
for (auto e : a1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//迭代器
for (auto it = a1.begin(); it != a1.end(); it++)
{
cout << *it << " ";
}
cout << endl;
//反向迭代器
vector<int>::reverse_iterator it = a1.rbegin();
while (it != a1.rend())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
}
vector的空间增长问题
1.size:获取数据个数
2.capacity:获取容量大小
3.empty:判断是否为空
4.resize:改变vector的size
5.reserve:改变vector放入capacity
- capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，顺序表增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
- reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
- resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
capacity
void test2()
{
size_t sz;
vector<int> foo;
sz=foo.capacity();
cout << "making foo grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
foo.push_back(i);
if (sz != foo.capacity())
{
sz=foo.capacity();
cout << "capacity changed:" << sz << '\n';
}
}
}
reserve
void test2()
{
size_t sz;
vector<int> foo;
sz=foo.capacity();
cout << "making foo grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
foo.push_back(i);
if (sz != foo.capacity())
{
sz=foo.capacity();
cout << "capacity changed:" << sz << '\n';
}
}
size_t sz1;
vector<int> ba;
sz = ba.capacity();
ba.reserve(100);
cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
ba.push_back(i);
if (sz != ba.capacity())
{
sz = ba.capacity();
cout << "capacity changed:" << sz << '\n';
}
}
}
resize
void test3()
{
vector<int> my;
for (int i = 1; i < 10; i++)
{
my.push_back(i);
}
my.resize(5);
my.resize(8, 10);
my.resize(9);
cout << "my contains:";
for (int i = 0; i < my.size(); i++)
{
cout << ' ' << my[i];
}
cout << endl;
}
vector增删查改
1.push_back :尾插
2.pop_back :尾删
3.find:查找
4.insert:在position之前插入val
5.erase:删除postion位置的数据
6.swap:交换两个vector的数据空间
7.operator[]:像数组一样访问
//push_back/pop_back
vector<int> a;
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(3);
a.push_back(4);
vector<int>::iterator it = a.begin();
while (it != a.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
a.pop_back();
a.pop_back();
for (auto e : a)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//find/erase/insert
void test5()
{
vector<int> a;
for (int i = 1; i < 8; i++)
{
a.push_back(i);
}
auto pos = find(a.begin(), a.end(), 3);
for (auto& e : a)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
a.insert(pos, 30);
for (auto& e : a)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
auto pos1 = find(a.begin(), a.end(), 3);
a.erase(pos1);
for (auto& e : a)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
vector迭代器失效问题
迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T*。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有:
1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
void test7()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
auto it = v.begin();
v.push_back(4);
v.push_back(5);// 迭代器失效，底层就是一个指针，尾插如数据是，因为扩容会导致空间会发生变化，指针指向的旧空间会被销毁，所以迭代器失效
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
// v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
//v.assign(100, 8);
}
2.erase
void Test8()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);// 迭代器失效，因为删除会导致后面的数据往前挪动，此时迭代器会错过一个数据，编译器检测就会报错
++it;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可
void test9()
{
vector<int> a;
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(3);
a.push_back(4);
a.push_back(5);
vector<int>::iterator it = a.begin();
while (it != a.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = a.erase(it);
}
else {
++it;
}
}
for (auto e : a)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
vector的模拟实现
namespace qk
{
template <class T>
class vector
{
public:
private:
iterator _start;//起始位置的指针
iterator _finish;//_start+size()
iterator _endofstorage;//_start+capacity
};
}析构函数和构造函数
构造函数
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{}析构函数
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}vector的空间增长问题
size
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}capacity
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}empty
bool empty()
{
return size()==0;
}reserve:改变vector放入capacity,要考虑增容问题(这里不使用memcpy,memcpy使用的是浅拷贝，对自定义类型处理会有问题)
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity)
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp,_start,sizeof(T)*size());
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}resize
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else {
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}vector的增删查改
push_back()
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
//扩容
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}pop_back()
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}insert
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 满了就扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
// 扩容会导致pos失效，扩容需要更新一下pos
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}erase
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}迭代器和operator[]的实现
定义迭代器的类型
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
普通迭代器
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}const迭代器
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}operator[]
T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
使用memcpy拷贝问题
假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？
int main()
{
qk::vector v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
} 问题分析：
1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中
2. 如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy即高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。