【C++STL】“vector“用法 入门必备 超详细
vector用法
- 什么是vector？
- vector的使用
-
- vector的定义(构造函数)
- vector iterator 的使用
-
- 迭代器演示
- 范围for
- vector 空间增长
-
- 扩容机制
- vector 的增删查改
- assign
- vector 迭代器失效问题。
- 小结
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什么是vector？
- 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（deque, list and forward_list）， 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list和forward_list统一的迭代器和引用更好。
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
vector的使用
vector学习时要学会查看文档：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。
vector的定义(构造函数)
| (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 |
eg：
int main()
{
//无参构造
vector<int> v1;
cout << "v1:";
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//构造并初始化n个val
vector<int> v2(10, 1);
cout << "v2:";
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//拷贝构造
vector<int> v3(v2);
cout << "v3:";
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//使用迭代器进行初始化构造
vector<int> v4(v2.begin(), v2.end());
cout << "v4:";
for (auto e : v4)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果>
vector iterator 的使用
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
begin +end（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 |
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 |
迭代器演示
int main()
{
vector<int> v(10, 2);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果>
范围for
实际中我们很少使用迭代器，反而会经常使用范围for对数据进行操作>
int main()
{
vector<int> v(10, 2);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果>
vector 空间增长
| 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 |
int main()
{
vector<int> v(10, 2);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//size()
cout << "v.size():" << v.size() << endl;
//capacity()
cout << "v.capacity():" << v.capacity() << endl;
//empty()
cout << "v.empty():" << v.empty() << endl;
//resize()
v.resize(5);
cout << "改变后v.size():" << v.size() << endl;
//reserve()
v.reserve(100);
cout << "改变后v.capacity():" << v.capacity() << endl;
return 0;
}
运行结果>:
- 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（如果指定了val，则新元素将被初始化为val，否则，它们将被值初始化。），影响size。
扩容机制
//测试扩容机制代码
void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
vector<int> 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';
}
}
}
vs2019下运行:
g++编译器下运行：
总结：
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，vector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。
// 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<int> 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';
}
}
}
vector 的增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 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[ ] | 像数组一样访问 |
eg：
#include运行结果：
assign
assign是C++ STL中vector容器的一个成员函数，用于为vector分配新的元素并替换现有元素。它可以接受多种类型的参数，例如另一个vector、数组、迭代器等。
下面是一个简单的示例：
#include 输出结果：
v1 contains: 7 7 7
在上面的示例中，assign函数将v2中的元素替换了v1中的元素。由于v2包含3个值为7的元素，因此v1中原来的5个元素都被替换成了7。
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：
- 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。
int main()
{
vector<int> 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;
}
- 指定位置元素的删除操作–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
auto 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。
- Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
//1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
auto it = v.begin();
cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
v.reserve(100);
cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5};
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(it);
cout << *it << endl;
while(it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}
运行结果：
可以看到此时的程序已经崩溃。
从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。
- 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
void TestString()
{
string s("hello");
auto it = s.begin();
// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
//s.resize(20, '!');
while (it != s.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl;
it = s.begin();
while (it != s.end())
{
it = s.erase(it);
// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
// it位置的迭代器就失效了
// s.erase(it);
++it;
}
}
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
小结
今天我们认识了STL中”vector“的用法相信大家看完有一定的收获。
种一棵树的最好时间是十年前，其次是现在！ 把握好当下，合理利用时间努力奋斗，相信大家一定会实现自己的目标！加油！创作不易，辛苦各位小伙伴们动动小手，三连一波~~~，本文中也有不足之处，欢迎各位随时私信点评指正！
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