STL容器——vector
文章目录
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- 1.vector的使用
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- 1.1 构造函数
- 1.2 迭代器的使用
- 1.3 修改空间大小
- 1.4 增删查改
- 1.5 测试用的代码
- 2. vector的模拟实现
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- 2.1 实现一个简单的vector(面试写)
- 2.2 模拟实现vector
- 3. 迭代器失效
- 4.模拟实现谨慎使用memcpy
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前言： vector是STL的容器之一，学习vector我们不仅要会用，还得了解一下它的基本原理，甚至可以模拟实现vector。
1.vector的使用
1.1 构造函数
（1）不需要参数
//vector arr;
vector<int> arr;
（2）构造n个val
//vector arr1(n,val);
//比如构造100个5
vector<int> arr1(100,5);
（3）利用迭代器构造
//vector arr2(迭代器1，迭代器2)
//拷贝arr1的所有内容
vector<int> arr2(arr1.begin(),arr1.end());
//也可以反着拷贝arr1的内容，利用反向迭代器
vector<int> arr2(arr1.rbegin(),arr1.rend());
（4）拷贝构造
//vector (const vector& x)
//拷贝arr1的内容
vector<int> arr3(arr1);
1.2 迭代器的使用
只讲前四个，用的比较多。vector中的迭代器也可以看作指针，begin()返回的是头部的指针，end()返回的是尾部的下一个的指针,所以不能够对end()解引用，它不在末尾，而是末尾的下一个。rbeing()和rend()则反之。
使用迭代器前必须要声明：
vector<T> ::iterator it;
例如：用迭代器来遍历vector，当然也可以反向遍历，而且还支持修改数据
//构造
vector<int> arr(6, 6);
//迭起器使用
vector<int> ::iterator it = arr.begin();
vector<int> ::reverse_iterator is = arr.rbegin();
//正向遍历
while (it != arr.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//反向遍历，并且使得每个数都+1
while (is != arr.rend())
{
*is+=1;
cout << *is << " ";
is++;
}
cout << endl;
运行结果：
1.3 修改空间大小
主要掌握resize()和reserve();size()返回的是有效空间的大小，capacity()返回的是总空间的大小；max_size(),返回能创建的最大的空间；empty()判断是否为空；
(1) reserve(),修改总空间的大小，如果传的参数小于原有总空间大小，那么不做任何操作；简单说就只能变大，不能变小；
用以下例子来验证：
vector<int> arr;
arr.reserve(10);
arr.reserve(1);
通过调试，可以看到，capacity最终是10，验证了reserve()只能扩容。
(2)resize修改的是有效空间的大小(size)，如果是扩容:保留原有数据，可以初始化增加的有效数据。
验证一下：
//初始化arr1
vector<int> arr1(10, 5);
//resize()
int a = 2;
arr1.resize(12,a);
arr1.resize(1);
初始化后的arr1：
有效空间变成12，并且初始化增加的数据为2：
将有效空间减为1：
1.4 增删查改
以下的例子，全用arr这一个对象：
vector<int> arr;
(1)增加
push_back()，尾插一个数据
arr.push_back(1);
arr.push_back(2);
arr.push_back(3);
arr.push_back(4);
insert(),在某个位置插入一个数据/或者多个。
vector<int> myvector(3, 100);
vector<int>::iterator it;
it = myvector.begin();
it = myvector.insert(it, 200);
myvector.insert(it, 2, 300);
// "it" no longer valid, get a new one:
it = myvector.begin();
vector<int> anothervector(2, 400);
myvector.insert(it + 2, anothervector.begin(), anothervector.end());
int myarray[] = { 501,502,503 };
myvector.insert(myvector.begin(), myarray, myarray + 3);
cout << "myvector contains:";
for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
cout << ' ' << *it;
cout << '\n';
测试的时候，自己写的时候，可能会有迭代器失效问题，这个后面我会好好的讲一件。
（2）删除
erase()，删除某个位置的数据；或者莫一段数据，用的是迭代器。
vector<int> myvector;
// 输入数据1~10
for (int i=1; i<=10; i++) myvector.push_back(i);
// erase 第六个位置的数
myvector.erase (myvector.begin()+5);
// erase 前三个数据
myvector.erase (myvector.begin(),myvector.begin()+3);
clear()，会清空数据，但是总空间不变。
（3）查找
find在vector里，并没有实现。用的是STL中算法的find。
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
在一段迭代器区间中，查找一个val，找到返回它的位置(迭代器表示)，如果找不到会返回 last(这一段迭代器的末尾)。
（4）改数据
- 可以对迭代器解引用来改
- []，支持随机访问，这也可以改
1.5 测试用的代码
大家可以使用以下的代码，去自行调试，和上面的内容是完全对应的。
#include arr;
vector arr1(100, 5);
vector arr2(arr1.begin(), arr1.end());
vector arr3(arr1);*/
//迭代器使用
/*vector arr(6, 6);
vector ::iterator it = arr.begin();
vector ::reverse_iterator is = arr.rbegin();
while (it != arr.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
while (is != arr.rend())
{
*is += 1;
cout << *is << " ";
is++;
}
cout << endl;*/
//修改空间大小
/*vector arr;
arr.reserve(10);
arr.reserve(1);
vector arr1(10, 5);
int a = 2;
arr1.resize(12,a);
arr1.resize(1);*/
//增删查改
//增加
//vector myvector(3, 100);
//vector::iterator it;
//it = myvector.begin();
//it = myvector.insert(it, 200);
//myvector.insert(it, 2, 300);
"it" no longer valid, get a new one:
//it = myvector.begin();
//vector anothervector(2, 400);
//myvector.insert(it + 2, anothervector.begin(), anothervector.end());
//int myarray[] = { 501,502,503 };
//myvector.insert(myvector.begin(), myarray, myarray + 3);
//cout << "myvector contains:";
//for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
// cout << ' ' << *it;
// cout << '\n';
//删除
//vector myvector;
输入数据1~10
//for (int i = 1; i <= 10; i++) myvector.push_back(i);
erase 第六个位置的数
//myvector.erase(myvector.begin() + 5);
erase 前三个数据
//myvector.erase(myvector.begin(), myvector.begin() + 3);
return 0;
}
2. vector的模拟实现
vector的框架是用三个迭代器维护的，非常银杏。
start指向开头，finish指向有效空间末尾，end_of_storage指向总空间的末尾。
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
2.1 实现一个简单的vector(面试写)
namespace ly
{
template<class T>
class vector
{
//构造函数
vector()
:_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_endOfStorage(nullptr)
{}
//得到size和capacity
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
//调整空间大小
void reserve(size_t n)
{
size_t size = _finish - _start;
if (n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, size * sizeof(T));
_start = tmp;
_finish = _start + size;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
//插入数据
void push_back(const T& x)
{
//扩容
if (size() == capacity())
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * size());
}
*_finish = x;
_finish++;
}
//删除数据
void pop_back()
{
_finish--;
}
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
}
}
以上的vector，就可以简易的插入数据，删除数据了，但只支持尾插尾删。
2.2 模拟实现vector
#include3. 迭代器失效
迭代器为什么会失效？迭代器在底层封装的是指针，指针指向的空间被释放，指针就失效了，此时的指针为野指针。迭代器也同理，比如：在pos位置插入一个数据，但如果需要扩容，扩容会新开辟一个新空间，那么pos就失效了。
因为，旧的空间被释放
所以但凡涉及到底层空间改变的操作，都有可能会遇到迭代器失效的问题。
比如：：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endOfStorage)
{
// 扩容会导致pos失效，扩容需要更新一下pos
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end>pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
return pos;
}
这是上文，insert的模拟实现，可以看到，我是更新了pos的位置的。
再讲一种迭代器失效的问题，erase()会碰到
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <_finish);
iterator end = pos;
while (end<_finish)
{
*(end) = *(end + 1);
end++;
}
_finish--;
return pos;
}
假如：需要删除数组中的偶数。
vector<int>arr1;
arr1.push_back(1);
arr1.push_back(2);
arr1.push_back(3);
arr1.push_back(4);
arr1.push_back(5);
vector<int>::iterator it = arr1.begin();
while (it != arr1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
arr1.erase(it);
}
it++;
}
arr1.Print();
数组的内容是{1，2，3，4，5}，删除偶数后应该是{1，3，5}。上面的代码可以大家一眼看上去，非常正确。我们来运行看看结果，结果显示也正确。
那么修改一下数组的内容为{1，2，4，5}.
vector<int>arr1;
arr1.push_back(1);
arr1.push_back(2);
arr1.push_back(4);
arr1.push_back(5);
vector<int>::iterator it = arr1.begin();
while (it != arr1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
arr1.erase(it);
}
it++;
}
arr1.Print();
运行结果：
怎么是1，4，5。4为啥没有被删除呢?这就设计到了迭代器失效问题。
画图：
（1）1是奇数，所以it++。
（2）2是偶数，所以删除掉，删除用的是，从后往前覆盖。
（3）it++,此时并没有判断覆盖过来的数据：4。
综上：因为erase()后，迭代器位置失效，不更新导致，数据4没有被判断。
那么是erase的问题吗？不是，是我们人为使用时，没考虑到迭代器失效导致的。我们只需要更新一下迭代的位置即可。
vector<int>::iterator it = arr1.begin();
while (it != arr1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
//更新迭代器位置
it=arr1.erase(it);
}
else
{
it++;
}
}
it 新接收的位置，刚好是pos位置，这个pos位置被后面的数据覆盖，这时候我们不应该继续 it++,而是去检验这个刚被覆盖的pos位置。
4.模拟实现谨慎使用memcpy
上文中reserve()的实现用的是memcpy()，大家都知道memcpy()是浅拷贝，这就会导致：vector < T>,T为自定义类型：string等，它们拷贝不可以是浅拷贝。继续用memcpy(),会出错的，同一个空间释放两次的问题。
结论：
- 对于内置类型，比如int，char，float等浅拷贝对象，memcpy()是够用的
- 对于自定义类型，比如string，list等深拷贝对象，需要自己写深拷贝，来完成copy
memcpy版：
void reserve(size_t n)
{
size_t size = _finish - _start;
if (n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, size * sizeof(T));
_start = tmp;
_finish = _start + size;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
深拷贝版：
void reserve(size_t n)
{
size_t size = _finish - _start;
if (n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
for (size_t i = 0; i < this->size(); i++)
{
//会调用自定义类型的拷贝构造
tmp[i] = _start[i];
}
//记得delete旧空间
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + size;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
结尾语： vector模拟实现，到此结束。