【手撕STL】vector类
vector类
- 标准库中的vector类
-
- vector的介绍
- vector的使用
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- vector的定义
- vector iterator 的使用
- vector 增删查改
- vector的遍历
- vector 空间增长问题
- vector类的其他接口
- vector 迭代器失效问题
- vector深度剖析及模拟实现
-
- 使用memcpy拷贝问题
标准库中的vector类
vector的介绍
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include注：
vector和string的区别：vector里面给char，虽然他们底层都是数组中存char但是还是不一样的，s对象中指向的空间结尾有’\0’
使用迭代器进行初始化构造：使用其他容器迭代器初始化，只要数据类型可以匹配上（*iterator对象的类型跟vector中存的数据类型一致）就可以
vector iterator 的使用
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include注：
it是原生指针；rit不是原生指针，rit是被封装的类对象，重载operator++才能实现rit++，是倒着走的。
vector 增删查改
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include注：
operator[]中会去检查index是否小于size
vector的遍历
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include注：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。
vector 空间增长问题
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include注：
- 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类的其他接口
-
assign:为向量分配新内容，替换其当前内容，并相应地修改其大小。
-
-
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include是一个仿函数类
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
/*greater gt;
sort(v.begin(), v.end(), gt);*/
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//指向数组空间的指针是天然的迭代器
int arr[] = { 30,4,5,60,10 };
sort(arr, arr + 5);
for (auto e : arr)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
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)。
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 
注：
- 迭代器失效：
-
- 在insert之后pos就失效了–insert时增容导致的
-
- 在insert过程空间足够，没有增容，pos还是指向原来的位置，访问依旧会报错，因为迭代器失效了，这里的失效不是指pos的意义变了，pos不在指向的原来的值了
总结：
- 由于insert扩容导致pos失控，pos指向的空间释放，pos本质是一个野指针
- insert插入数据，没有扩容，pos失效了，pos不在指向原来的数据了
2. 指定位置元素的删除操作–erase
注：
- 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。
- erase导致pos失效了，pos没有野指针，只是意义变了，但是vs版本下进行强制检查，都不能访问
- 无论编译器是否报错，erase（pos）以后，都认为pos失效了，失效以后不要*pos访问，这样可能会出错
注：
- Linux下的g++编译器vector中的insert和erase运行结果与Windows下的vs编译器vector中的insert和erase运行结果是不同的
- 同样的代码在g++运行，没有报错，但在vs下报错，说明两个环境的检查机制是不同的
解决方案：
注：erase返回删除数据的下一个数据位置
总结：
- insert和erase之后的迭代器都失效了，不要去访问，否则可能会出现各种意外的结果
- insert和erase之后，insert需要返回插入新数据的位置，erase返回删除数据的下一个数据位置
- 迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可
vector深度剖析及模拟实现
vector的核心框架接口的模拟实现：
#pragma once
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include& v)
// :_start(nullptr)
// ,_finish(nullptr)
// ,_endofstorage(nullptr)
//{
// _start = new T[v.capacity()];
// for (int i = 0;i < v.size();i++)
// {
// _start[i]=v[i];
// }
// _finish = _start+v.size();
// _endofstorage = _start + v.capacity();
//}
//2. 传统写法
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (const auto& e: v)
{
push_back(e);
}
}
3.现代写法
//vector(const vector& v)
// :_start(nullptr)
// , _finish(nullptr)
// , _endofstorage(nullptr)
//{
// vector tmp(v.begin(), v.end());
// swap(tmp);
//}
赋值重载1.传统写法
/*vector& operator=(const vector& v)
{
if (this != &v)
{
if (capacity() < v.size())
{
reserve(v.size());
}
for (int i = 0;i < v.size();i++)
{
_start[i]=v[i];
}
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + capacity();
}
return *this;
}*/
//2.传统写法
/*vector& operator=(const vector& v)
{
if (this != &v)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
reserve(v.capacity());
for (const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}*/
// 3.现代写法
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
iterator begin()
{
return _start;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
T& operator [](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator [](size_t i)const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
//只开空间
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//T->int double等类型
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (int i = 0;i < sz;i++)
{
//如果T是string调用的就是string的operator=（深拷贝）
//
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start+n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
_finish++;
// insert(_finish, x);
}
//开空间+初始化
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++;
}
}
}
bool empty() const
{
return _finish - _start == 0;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
_finish--;
//erase(end()--);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish;
while (it>pos)
{
*it = *(it - 1);
it--;
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator it = pos;
while (it<_finish-1)
{
*it = *(it + 1);
it++;
}
_finish--;
return pos;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
}
使用memcpy拷贝问题
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void test4()
{
vector<string> v;
v.reserve(4);
v.push_back("11111");
v.push_back("11111");
v.push_back("11111");
v.push_back("11111");
v.push_back("11111"); //增容
for (const auto& e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
修改后：
注：
- 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
- 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。
总结：
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，否则可能会引起野指针问题甚至程序崩溃。