【C++】STL--vector

vector的使用

vector的定义

vector iterator的使用

vector空间增长问题

vector增删查改

vector深度剖析及模拟实现

vector核心接口模拟实现

使用memcpy拷贝问题

迭代器失效问题

vector的使用

vector的定义

C++中，vector是一个模版，第一个参数是类型T，第二个参数暂且不考虑。

vector<int> v;

我们可以通过上面这句代码将参数T给成int，那么vector中所包含的元素就是int。

（重点）1.vector()

无参构造

（重点）2.vector (const vector& x)

拷贝构造

3.vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）

构造并初始化n个val

4.vector（size_type n, const value_type& val = value_type()

使用迭代器进行初始化构造

vector iterator的使用

（重点）1.begin+end

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

2.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

vector空间增长问题

1.size和capacity

size用来获取数据个数，capacity获取容量大小

2.empty

判断是否为空

（重点）3.resize

改变vector的size

（重点）4.reserve

改变vector的capacity

关于空间增长问题，有几个点需要注意：

1.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。

2.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。

3.resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

测试vector的扩容机制

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';}}
}

在vs2019下的运行结果：

结论：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容！

在g++下的运行结果：

结论：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容！

//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_tsz=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(inti=0;i<100;++i){v.push_back(i);if(sz!=v.capacity()){sz=v.capacity();cout<<"capacity changed: "<<sz<<'\n';}}
}

vector增删查改

（重点）1.push_back

尾插

（重点）2.pop_back

尾删

注意，vector未提供头插头删，因为那样效率很低！

3.find

查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）

4.insert

在position之前插入val

5.erase

删除position位置的数据

6.swap

交换两个vector的数据空间

7.operator[ ]

像数组一样访问。越界时会发生assert报错！

更进一步：

除了将vector中的参数T初始化为int、double等内置类型外，还可以将其初始化为string、vector<int>等。

void test_vector()
{vector<string> v;string s1("苹果");v.push_back(s1);v.push_back(string("香蕉"));v.push_back("草莓");
}

vector<vector<int>> v;

下面画出这个的示意图，以便理解：

对于vector<vector<int>> v这种，我们可以把它看成一个二维数组，可以通过v[i][j]的形式去访问其成员，那么我们难免会联想到二维数组的访问也是v[i][j]这种形式，那它们有区别吗？其实，它们的区别很大！

对于静态的二维数组，v[i][j]其底层是一个一维数组，数组名v表示第一行的地址，v+i表示第i行地址（从0行开始），*(v+i)表示第i行第一个元素的地址，*(*(v+i)+j)表示第i行第j个元素，即v[i][j]。

对于vector<vector<int>> v，v[i][j]可以看成两次函数调用，第一次调用相当于vv.operator[](i)，其返回值为vector<int>对象，第二次调用相当于vv.operator[](i).operator[](j)。

vector深度剖析及模拟实现

如果按照之前string的习惯，start就是a，finish就是a+size，end_of_storage就是a+capacity。

vector核心接口模拟实现

#include <assert.h>namespace ghs
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;const_iterator begin()const{return _start;}const_iterator end()const{return _finish;}iterator begin(){return _start; }iterator end(){return _finish;}vector(){}//v2(v1)vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());//引用，防止深拷贝for (auto& ch : v){push_back(ch);}}//vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };vector(initializer_list<T> il){reserve(il.size());for (auto e : il){push_back(e);}}//类模板的成员函数可以是函数模版template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}//const T& val = T() 构造匿名对象vector(size_t n, const T& val = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}//和上面的构成重载vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}//v1 = v3,v是v3的拷贝vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}size_t capacity()const{return _endofstorage - _start;}size_t size()const{return _finish - _start;}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp  = new T[n];size_t old_size = size();//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];//这样如果T是string，走的深拷贝}delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_endofstorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n > size()){reserve(n);//插入while (_finish < _start + n){*_finish = val;_finish++;}}else{//删除_finish = _start + n;}}void push_back(const T& val){if (_finish == _endofstorage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = val;_finish++;}void pop_back(){/*assert(!empty());--_finish;*/erase(--end());}bool empty(){return _start == _finish;}void insert(iterator pos, const T& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());//如果扩容了，要更新pospos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;end--;}*pos = val;_finish++;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;//返回pos，用于迭代器更新return pos;}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;};template<class T>void print_vector(const vector<T>& v) {for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;//加一个typename，告诉编译器后边那个是一个类型，否则报错//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();/*auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto c : v){cout << c << " ";}cout << endl;*/}
}

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？

void testvector()
{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);v1.push_back(7);v1.push_back(8);
}

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。

结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

在上面我们自己模拟实现的扩容接口中：

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){T* tmp  = new T[n];size_t old_size = size();//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];//这样如果T是string，走的深拷贝}delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_endofstorage = _start + n;}
}

我们使用for循环赋值的方式进行拷贝，这样即使T是自定义类型，比如是string，那么会去调string的赋值，string的赋值是深拷贝。

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。

2. 指定位置元素的删除操作--erase

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。

下面实现了删除vector中偶数的功能:

void testvector()
{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);v1.push_back(7);v1.push_back(8);print_vector(v1);//删除偶数vector<int>::iterator it = v1.begin();while (it != v1.end()){if (*it % 2 == 0){it = v1.erase(it);}else{++it;}}print_vector(v1);
}

其中，我们每次使用了it = v1.erase(it);更新迭代器。

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。