目录
一、vector的介绍
二、vector的常用接口
1、vector的构造
2、vector的容量操作
2.1、reserve
2.2、resize
3、vector的增删查改
3.1、find
3.2、insert
三、vector模拟实现
1、 begin 与 end
2、capacity 与 size
3、operator[]
4、operator=
5、reserve
6、push_back
7、pop_back
8、resize
9、迭代器失效
10、insert
11、erase
12、构造函数
1、构造函数 二
2、构造函数 三
13、拷贝构造函数
vector 是一个类模板,可以根据不同的模板参数实例化出存储不同数据的类。 vector 类可以用来管理数组,与 string 类不同的是,string只能管理 char 类型的数组,而vector可以管理任意类型的数组。
(constructor)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 first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
举例说明:
void test1()
{
//无参构造
vector v1;
//构造并初始化n个val
vector v2(10, 1);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//拷贝构造
vector v3(v2);
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//使用迭代器进行初始化构造
vector v4(v2.begin(), v2.end());
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
结果如下:
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的capacity |
我们可以通过以下代码来更加直观的体会到vector的扩容操作:
void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
vector v;
sz = v.capacity();
cout << "making v grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
现象如下:
可以看到在 vs 编译器下,vector的扩容是以每次 1.5 倍进行扩容的。如果已经确定vector中要存储元素大概个数,可以提前将空间设置足够,就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了:
void TestVectorExpandOP()
{
vector v;
size_t sz = v.capacity();
v.reserve(100); // 提前将容量设置好,可以避免一遍插入一遍扩容
cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
resize可以改变 size 的大小。可以在开辟空间的同时进行初始化:
vector增删查改 | 接口说明 |
push_back(重点) | 尾插 |
pop_back (重点) | 尾删 |
find | 查找。(注意这个是算法模块实现,不是vector的成员接口) |
insert | 在position之前插入val |
erase | 删除position位置的数据 |
swap | 交换两个vector的数据空间 |
operator[] (重点) | 像数组一样访问 |
因为算法里的 find 是通用的,可以给所有的容器使用,所以就没有在 vector 里单独提供一个 find 接口。
使用方法如下:
我们先来搭建一个vector最基本的框架,其三个成员变量皆为指针:
namespace bin
{
template
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_end_of_storage(nullptr)
{}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
}
const 与 非const 函数构成重载,以满足不同情况时的调用需求。
const 与 非const 函数构成重载,以满足不同情况时的调用需求。
实现赋值运算符重载,需要借助拷贝构造,拷贝构造下面一点再讲,这里先拿来用。
具体实现如下:
红框框起的部分使用的是传值传参,而不是传引用传参,这是因为我们本来就希望这里发生拷贝,拷贝出一个新的对象,并在函数体中完成交换。
扩容函数 reserve 中有一个需要注意的地方:
因为函数 size() 是通过返回 _finsih - _start 来实现的,如果直接写成 _finish = _start + size() ,会造成该行语句变为 _finish = _start + _finsih - _start ,最终 _finish 还是指向原来的位置,造成错误。因此,我们需要事先设置一个变量 sz 来保存 size() 的值,最后计算的时候加 sz 就可以了。
注意:因为使用的函数是 memcpy ,以上写法会造成浅拷贝的问题,如果vector里存放的数据类型不是内置类型的话,编译器就会报错,为了解决这个问题,我们应该写成深拷贝的形式:
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)。
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。
在某些情况下,迭代器会失效。其中最经典的迭代器失效就是扩容造成的野指针问题导致的。
具体原因如下:
异地扩容之后, _start 、 _finish 、 _end_of_storage 都指向了新的位置,而上一次获取的迭代器 pos 却不会更新指向的位置,由此导致 pos 变为野指针。
除此之外,指定位置元素的删除操作也会导致迭代器失效,在下面会进行讲解。
我们先来看一个错误的写法
这种写法的错误之处在于,在进行 insert 时,也需要判断是否需要扩容,有了扩容,就可能存在迭代器失效的问题,所以需要更新一下 pos 的指向:
补充知识: insert 函数的参数 pos 不能使用传引用传参,因为以下原因:
begin() 使用的是传值传参,所有的传值传参都会借用临时变量来传递,而临时变量具有常性,不可被改变,因此如果在 insert 函数中的参数 pos 使用传引用传参,就会造成权限放大的问题,这是不被允许的。
库中vector的 insert 函数是拥有返回值的,这样做是为了在调用完 insert 函数后,仍然可以找到 pos 的位置:
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。
为了解决迭代器失效的问题,库中的erase函数是具有返回值的,返回删除数据的下一个位置:
以下是三个构造函数:
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
template
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
对于第二个构造函数,这里有几点说明:
该函数参数使用了一个匿名对象作为缺省参数。之前我们曾经讲过,匿名对象的生命周期仅在本行,这其实是不全面的,匿名对象的声明周期仅存在于本行,是因为在此之后没有人再使用它。而在以下场景下,在本行之后仍然有人使用该对象:
对象 xx 是匿名对象的别名,因此,匿名对象的生命周期被延长为与 xx 相同,(因为匿名对象与临时变量一样,都具有常性,所以需要使用关键字 const 来修饰)。
这种构造函数可以实现直接初始化:
为了防止和下面的第三个构造函数的使用造成冲突,这里再重载一个 int 类型参数的函数:
第三个构造函数使用了函数模板,以便各种类型的迭代器都可以使用:
我们现在看一种错误的写法:
观察现象:
这种拷贝构造的写法在如上场景下确实没什么问题,但是如果是以下场景的话,就会出现报错:
原因如下:
为了解决这个问题,我们需要实现深拷贝:
为了简便,我们也可以使用现代写法来实现:
关于vector的使用与底层实现的内容就讲到这里,希望同学们多多支持,如果有不对的地方欢迎大佬指正,谢谢!