C++--vector的使用和模拟实现
文章目录
- 前言
- 一、vector的介绍及使用
-
- 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
- 1.2.2 vector iterator 的使用
- 1.2.3 vector 空间增长问题
- 1.2.3 vector 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
- 二、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rose::vector
- 2.2 使用memcpy拷贝问题
- 2.2 对rose::vector核心接口的测试
- 2.3 动态二维数组理解
- 总结
前言
今天我们来讲一讲关于vector容器，他是一个顺序表，类似于C语言中的数组，但是容器里面的数据类型可以是内置类型或者自定义类型，其中也包含了很多的函数接口，实现增删查改等等！
接下来开始我们的学习!
OJ题的答案在文章的末尾！
正文开始
一、vector的介绍及使用
1.vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
vector的文档介绍
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用的是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。
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
#include
1.2.2 vector iterator 的使用
#include
1.2.3 vector 空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
|---|---|
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取容量大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize（重点） | 改变vector的size |
| reserve （重点） | 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。
VS下的测试结果
同样一份代码g++下
1.2.3 vector 增删查改
// push_back/pop_back
#include 
// find / insert / erase
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 在pos位置之前插入30
v.insert(pos, 30);
vector<int>::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 
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：
- 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 2. 指定位置元素的删除操作–erase
#include 
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？
int main()
{
vector<int> 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<int> 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;
}
第一种方法erase之后会导致pos位置的意义变了，所以是不行的
第二个是可以的，因为erase的返回值是迭代器类型，重新接收即可！
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
1. 只出现一次的数字i
2. 杨辉三角OJ
总结：通过上面的练习我们发现vector常用的接口更多是插入和遍历。遍历更喜欢用数组operator[i]的
形式访问，因为这样便捷。
二、vector深度剖析及模拟实现
图片截取至
2.1 std::vector的核心框架接口的模拟实现rose::vector
#include& operator=(const vector& v)
//{
// /*if (this != &v)
// {
// delete[] _start;
// _start = new T[v.capacity()];
// memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());
// _finish = _start + v.size();
// _endofstorage = _start + v.capacity();
// }*/
// if (this != &v)
// {
// vector tmp(v);
// swap(_start, tmp._start);
// _finish = _start + v.size();
// _endofstorage = _start + v.capacity();
// }
// return *this;
//}
//v1=v2
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start != nullptr)
{
delete[] _start;
}
_start =_finish=_endofstorage= nullptr;
}
iterator begin()
{
return _start;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
bool empty()const
{
return _start == _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];
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = _finish - _start;
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp,_start,sz*sizeof(T));
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n,T val=T())
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
_finish--;
}
void insert(iterator pos,const T& x)
{
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
//更新pos,解决增容后pos失效的问题
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish- 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish);
iterator cur = pos+1;
while (cur <_finish)
{
*(cur-1) = *cur;
cur++;
}
_finish--;
return pos;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
2.2 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()
{
rose::vector<string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
v.push_back("4444");
v.push_back("5555");
return 0;
}
问题分析：
- 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
- 如果拷贝的是内置类型的元素，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。
2.2 对rose::vector核心接口的测试
template<class T>
void PrintVector(const vector<T>& v)
{
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
/*for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
for (auto& e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;*/
}
void test_vector1()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
}
void test_vector2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.resize(3);
PrintVector(v);
v.resize(6);
PrintVector(v);
v.resize(10);
PrintVector(v);
}
void test_vector3()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
v.push_back(7);
v.push_back(8);
PrintVector(v);
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),3);
//在pos 之前插入
v.insert(pos,30);
//insert以后pos就失效了
//1.pos指向位置的意义就变了，pos不是指向3
//2.pos成为了野指针
PrintVector(v);
}
void test_vector4()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
PrintVector(v);
//删除掉所有的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
PrintVector(v);
}
void test_vector5()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
vector<int> v2(v1);
PrintVector(v2);
vector<int> v3;
v3.push_back(10);
v3.push_back(20);
v3.push_back(30);
v3.push_back(40);
v3.push_back(50);
v3.push_back(60);
vector<int> v4;
v3 = v1;
v4 = v1;
PrintVector(v3);
PrintVector(v4);
}
void test_vector6()
{
vector<string> str;
str.push_back("11111");
str.push_back("22222");
str.push_back("33333");
str.push_back("44444");
str.push_back("55555");
for (const auto& e : str)
{
cout << e << " ";
}
//memcpy引发的深层次深浅拷贝
//总结:T是内置类型或者浅拷贝类型(Date)，他们增容或者拷贝构造中，我们要memcpy是没有问题的
//但是T是深拷贝的自定义类型(string)，他们增容或者拷贝构造中，我们用memcpy是有问题的
}
}
2.3 动态二维数组理解
// 以杨辉三角的前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);
// 给杨辉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];
}
}
}
rose::vector
型的，每行没有包含任何元素，如果n为5时如下所示：
总结
例如：以上就是今天要讲的内容，本文仅仅简单介绍了vector的使用和模拟实现，文章的内容有点多和难于理解，尤其在拷贝构造和memcpy浅拷贝导致程序崩溃的问题，需要下去多多理解和多多消化.
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