STL - vector

1、vector的介绍及使用

1.1、vector的介绍

  1. vector是表示可变大小数组的序列容器
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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

1.2、vector的使用

1.2.1、vector的定义

( 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

1.2.2、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

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的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,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
  • 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

1.2.4、vector 增删查改

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

1.2.5、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:

  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 
    using namespace std;
    #include 
    int main()
    {
         vector 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<

    2. 指定位置元素的删除操作 -- erase

#include 
using namespace std;
#include 
int main()
{
     int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
     vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));

  // 使用find查找3所在位置的iterator
     vector::iterator 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

以下代码的功能是删除vector中所有的偶数,那个代码是正确的?

#include 
using namespace std;
#include 
int main()
{
     vector 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 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;
}

    3. 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 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;
}

程序输出:
1 2 3 4 5
扩容之前,vector的容量为: 5
扩容之后,vector的容量为: 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5


// 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
#include 
#include 
int main()
{
     vector v{1,2,3,4,5};
     vector::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
     v.erase(it);
     cout << *it << endl;
     while(it != v.end())
     {
         cout << *it << " ";
         ++it;
     }
     cout << endl;
     return 0;
}

程序可以正常运行,并打印:
4
4 5
 

// 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 v{1,2,3,4,5};
  // vector 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;
}

========================================================
// 使用第一组数据时,程序可以运行
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
1 3 5
=========================================================
// 使用第二组数据时,程序最终会崩溃
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ vim testVector.cpp
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
Segmentation fault

        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

    4. 与vector类似,string在插入+扩容操作+erase之后,迭代器也会失效

#include 
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

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()
{
     bite::vector v;
     v.push_back("1111");
     v.push_back("2222");
     v.push_back("3333");
     return 0;
}

 问题分析:

  1. 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
  2. 如果拷贝的是自定义类型的元素,memcpy既高效又不会出错,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

3、vector题目

  1. 只出现一次的数字i
  2. 杨辉三角OJ
  3. 删除排序数组中的重复项 OJ
  4. 只出现一次的数ii OJ
  5. 只出现一次的数iii OJ
  6. 数组中出现次数超过一半的数字 OJ
  7. 电话号码字母组合OJ

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