C++ vector
目录
1.vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
1.2 vector的使用
1.2.1 vector的定义
1.2.2vector itertor的使用
1.2.3 vector空间增长问题
1.2.3vector增删查改
1.2.4 vector 迭代器失效问题。（重点）
1.2.5 vector 在OJ中的使用。（见博客）
2.vector深度剖析及模拟实现
2.1 使用memcpy拷贝问题
2.2 对bit::vector核心接口的测试
2.3 动态二维数组理解
1.vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
vector - C++ Reference
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。学习方法：使用STL 的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习 vector ，我们也是按照这个方法去学习
1.2 vector的使用
vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍vector - C++ Reference，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。
1.2.1 vector的定义
| 构造函数声明 | 接口说明 |
| vector()重点 | 无参构造 |
|
vector （ size_type n, const value_type& val = value_type() ）
|
构造并初始化n个val |
|
vector (const vector& x); （重点）
|
拷贝构造 |
|
vector (InputIterator fifirst, InputIterator last);
|
使用迭代器进行初始化构造 |
// constructing vectors
#include
#include
int main()
{
// constructors used in the same order as described above:
std::vector first; // empty vector of ints
std::vector second(4, 100); // four ints with value 100
std::vector third(second.begin(), second.end()); // iterating through second
std::vector fourth(third); // a copy of third
// 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分
// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
int myints[] = { 16,2,77,29 };
std::vector fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
std::cout << "The contents of fifth are:";
for (std::vector::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
} 1.2.2vector itertor的使用
| itertor的使用 | 接口说明 |
| vector::begin - C++ Reference+vector::end - C++ Reference（重点） |
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
|
| vector::rbegin - C++ Reference+vector::rend - C++ Reference |
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
|
#include
#include
using namespace std;
void PrintVector(const vector& v) {
// const对象使用const迭代器进行遍历打印
vector::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
int main()
{
// 使用push_back插入4个数据
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 使用迭代器进行遍历打印
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
// 使用迭代器进行修改
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
// 使用反向迭代器进行遍历再打印
vector::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
return 0;
}
1.2.3 vector空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
| vector::size - C++ Reference | 获取数据个数 |
| vector::capacity - C++ Reference | 获取容量大小 |
| vector::empty - C++ Reference | 判断是否为空 |
| vector::resize - C++ Reference（重点） | 改变vector的size |
| vector::reserve - C++ Reference（重点） | 改变vector放入 |
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 。
// vector::capacity
#include
#include
int main()
{
size_t sz;
std::vector foo;
sz = foo.capacity();
std::cout << "making foo grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
foo.push_back(i);
if (sz != foo.capacity()) {
sz = foo.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
vs：运行结果：
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141
g++运行结果：
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 4
capacity changed : 8
capacity changed : 16
capacity changed : 32
capacity changed : 64
capacity changed : 128
// vector::reserve
#include
#include
int main()
{
size_t sz;
std::vector foo;
sz = foo.capacity();
std::cout << "making foo grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
foo.push_back(i);
if (sz != foo.capacity()) {
sz = foo.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
std::vector bar;
sz = bar.capacity();
bar.reserve(100); // this is the only difference with foo above
std::cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i) {
bar.push_back(i);
if (sz != bar.capacity()) {
sz = bar.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
return 0;
}
// vector::resize
#include
#include
int main()
{
std::vector myvector;
// set some initial content:
for (int i = 1; i < 10; i++)
myvector.push_back(i);
myvector.resize(5);
myvector.resize(8, 100);
myvector.resize(12);
std::cout << "myvector contains:";
for (int i = 0; i < myvector.size(); i++)
std::cout << ' ' << myvector[i];
std::cout << '\n';
return 0;
}
1.2.3vector增删查改
| vector | 接口说明 |
| vector::push_back - C++ Reference（重点） | 尾插 |
| vector::pop_back - C++ Reference（重点） | 尾删 |
| find - C++ Reference | 查找。（这个是算法模板实现，不是vector的成员接口） |
| vector::insert - C++ Reference | 在position之前插入val |
| vector::erase - C++ Reference | 删除position位置的数据 |
| vector::swap - C++ Reference | 交换两个vector的数据空间 |
| vector::operator[] - C++ Reference（重点） | 像数组一样访问 |
// push_back/pop_back
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
v.pop_back();
v.pop_back();
it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
} // find / insert / erase
#include
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 在pos位置之前插入30
v.insert(pos, 30);
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据
v.erase(pos);
it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
#include
#include
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 通过[]读写第0个位置。
v[0] = 10;
cout << v[0] << endl;
// 通过[i]的方式遍历vector
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
vector swapv;
swapv.swap(v);
cout << "v data:";
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
cout << "swapv data:";
for (size_t i = 0; i < swapv.size(); ++i)
cout << swapv[i] << " ";
cout << endl;
// C++11支持的新式范围for遍历
for (auto x : v)
cout << x << " ";
cout << endl;
return 0;
}
1.2.4 vector 迭代器失效问题。（重点）
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。
#include
using namespace std;
#include
int main()
{
vector v{ 1,2,3,4,5,6 };
auto it = v.begin();
// 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.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
赋值即可。
*/
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
2. 指定位置元素的删除操作 - -erase
#include
using namespace std;
#include
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}
erase 删除 pos 位置元素后， pos 位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos 刚好是最后一个元素，删完之后 pos 刚好是 end 的位置，而 end 位置是没有元素的，那么pos 就失效了。因此删除 vector 中任意位置上元素时， vs 就认为该位置迭代器失效了。
以下代码的功能是删除 vector 中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？
#include
using namespace std;
#include
int main()
{
vector v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
return 0;
}
int main()
{
vector v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
return 0;
} 迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
1.2.5 vector 在OJ中的使用。（见博客）
2.vector深度剖析及模拟实现
2.1 std::vector的核心框架接口的模拟实现 bit::vector
#include
using namespace std;
#include
// 注意这里namespace大家下去就不要取名为bit了，否则出去容易翻车。^^
namespace bit
{
template
class vector
{
public:
// Vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin() { return _start; }
iterator end() { return _finish; }
const_iterator cbegin() const { return _start; }
const_iterator cend() const { return _finish; }
// construct and destroy
vector()
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{}
vector(int n, const T& value = T())
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
reserve(n);
while (n--)
{
push_back(value);
}
}
// 若使用iterator做迭代器，会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器
// 重新声明迭代器，迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器
template
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
reserve(last - first);
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector& v)
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
iterator it = begin();
const_iterator vit = v.cbegin();
while (vit != v.cend())
{
*it++ = *vit++;
}
}
vector& operator=(vector v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;
}
// capacity
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }
bool empty() const { return _first == _finish; }
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t oldSize = size();
T* tmp = new T[n];
// 这里直接使用memcpy?
//if (_start)
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size);
if (_start)
{
for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
tmp[i] = _start[i];
}
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
// 1.如果n小于当前的size，则数据个数缩小到n
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
return;
}
// 2.空间不够则增容
if (n > capacity())
reserve(n);
// 3.将size扩大到n
iterator it = _finish;
_finish = _start + n;
while (it != _finish)
{
*it = value;
++it;
}
}
///access///
T& operator[](size_t pos) { return _start[pos]; }
const T& operator[](size_t pos)const { return _start[pos]; }
///modify/
void push_back(const T& x) { insert(end(), x); }
void pop_back() { erase(--end()); }
void swap(vector& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish);
// 空间不够先进行增容
if (_finish == _endOfStorage)
{
//size_t size = size();
size_t newCapacity = (0 == capacity()) ? 1 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
// 如果发生了增容，需要重置pos
pos = _start + size();
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
// 返回删除数据的下一个数据
// 方便解决:一边遍历一边删除的迭代器失效问题
iterator erase(iterator pos)
{
// 挪动数据进行删除
iterator begin = pos + 1;
while (begin != _finish) {
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start; // 指向数据块的开始
iterator _finish; // 指向有效数据的尾
iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾
};
} swap接口
2.1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()
{
bite::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。
2.2 对bit::vector核心接口的测试
// constructing vectors
void TestVector1()
{
// constructors used in the same order as described above:
bite::vector first; // empty vector of
ints
bite::vector second(4, 100); // four ints with value
100
bite::vector third(second.Begin(), second.End()); // iterating through
second
bite::vector fourth(third); // a copy of third
// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
int myints[] = { 16, 2, 77, 29 };
bit::vector fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
std::cout << "The contents of fifth are:";
for (bit::vector::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
std::cout << *it << " ";
std::cout << endl;
// 测试T是string时，拷贝问题
bit::vector strV;
strV.PushBack("1111");
strV.PushBack("2222");
strV.PushBack("3333");
strV.PushBack("4444");
for (size_t i = 0; i < strV.size(); ++i)
{
cout << strV[i] << " ";
}
cout << endl;
}
//vector iterator的使用
void PrintVector(const bite::vector& v) {
// 使用const迭代器进行遍历打印
bit::vector::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void TestVector2()
{
// 使用push_back插入4个数据
bite::vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
PrintVector(v);
// 使用迭代器进行修改
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
PrintVector(v);
// 这里可以看出C++11支持iterator及接口，就支持范围for
for (auto e : v)
cout << e << " ";
}
// find / insert / erase
void TestVector3()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
bite::vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
// 使用find查找3所在位置的iterator
auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 在pos位置之前插入30
v.insert(pos, 30);
PrintVector(v);
// 删除pos位置的数据
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.Erase(pos);
PrintVector(v);
}
// iterator失效问题
void TestVector4()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
bite::vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效
auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
// 在pos位置插入数据，导致pos迭代器失效。
// insert会导致迭代器失效，是因为insert可
// 能会导致增容，增容后pos还指向原来的空间，而原来的空间已经释放了。
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 30);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
// 实现删除v中的所有偶数
// 下面的程序会崩溃掉，如果是偶数，erase导致it失效
// 对失效的迭代器进行++it，会导致程序崩溃
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
// 以上程序要改成下面这样，erase会返回删除位置的下一个位置
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
} 2.3 动态二维数组理解
// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5
void test5(size_t n) {
// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector
bit::vector> vv(n);
// 将二维数组每一行中的vecotr中的元素全部设置为1
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
vv[i].resize(i + 1, 1);
// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
} bit::vector> vv(n); vv(n) ; 构造一个 vv 动态二维数组， vv 中总共有 n 个元素，每个元素都是 vector 类
型的，每行没有包含任何元素，如果 n 为 5 时如下所示：
vv中元素填充完成之后，如下图所示：
使用标准库中vector构建动态二维数组时与上图实际是一致的。