STL容器之vector

1.vector的介绍及使用

1.1vector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

vector学习时一定要学会查看文档：文档链接，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，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator 的使用

1.2.3 vector 容量空间接口

  • 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 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 <iostream>
using namespace std;
#include <vector>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;
}

2. 指定位置元素的删除操作--erase

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>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iteratorvector<int>::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。

2.vector模拟实现

因为模拟实现中涉及到模版所以只在.h文件中对vector进行实现。

#pragma once
namespace bit
{template<class T>class vector{public:// Vector的迭代器是一个原生指针typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}const_iterator cbegin() const{return _start;}const_iterator cend() const{return _finish;}// construct and destroyvector(){_start = nullptr;_finish = nullptr;_endOfStorage = nullptr;}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}//initializer_list的构造vector(initializer_list<T> il){reserve(il.size());for (auto e:il){push_back(e);}}// 类模板的成员函数// 函数模板 -- 目的支持任意容器的迭代器区间初始化template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){InputIterator begin = first;while (begin != last){push_back(*begin);begin++;}}vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto e : v)  //这里的原因是因为范围fo调用的是begin() 但是你的begin函数的this指针是没有const属性的  现在是一个权限//放大的问题  加上刚刚的begin() const  现在的this就有了cosnt属性了  现在理解了吗  end()也是一样的{push_back(e);}//for (const auto& e : v)//{//	push_back(e);//}//const_iterator it = cbegin();//while (it != cend())//{//	push_back(*it);//	++it;//}}vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[]_start;_start = nullptr;_finish = _endOfStorage = nullptr;}// capacitysize_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endOfStorage - _start;}void reserve(size_t n){   //防止缩容if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];size_t oldsize = size();//提前存好size防止delete _start之后size出现问题//利用for循环防止浅拷贝的问题if (_start){for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + oldsize;_endOfStorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}///access///T& operator[](size_t pos){return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{return _start[pos];}///modify/void push_back(const T& x){if (_finish == _endOfStorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){--_finish;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start,v._start);std::swap(_finish,v._finish);std::swap(_endOfStorage,v._endOfStorage);}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos <= end());assert(pos >= begin());if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start;size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);pos = _start + len;//扩容之后内存会变 要更新pos的位置}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *(end);end--;}*pos = x;_finish++;return pos;//返回迭代器解决迭代器失效问题}iterator erase(iterator pos){assert(pos < end());assert(pos >= begin());iterator end = pos+1 ;while (end < _finish){*(end-1) = *(end);end++;}_finish--;return  pos + 1;}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};void test01(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);//v1.pop_back();//v1.pop_back();//v1.pop_back();//for (size_t i = 0; i < 5; i++)//{//	cout << v1[i] ;//}//cout << endl;//for (auto e : v1)//{//	cout << e;//}vector<int>::iterator it1 = v1.begin();while (it1 != v1.end()){*it1 +=2;//++和--有问题cout << *it1;it1++;}cout << endl;}void test02(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.insert(v1.begin(), 10);v1.insert(v1.begin(), 20);v1.insert(v1.begin(), 60);v1.erase(v1.begin());for (auto e : v1){cout << e<<" ";}cout << endl;}void test03(){vector<int> v1(10,1);vector<int> v2(v1.begin()+2,v1.end());//v2 = v1;for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : v2){cout << e << " ";}}void test04(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);vector<int> v2=v1;for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;for (auto e : v2){cout << e << " ";}}void test05(){//initializer_listvector<int> v1 = {1,2,5,4,6,7,8};for (auto e : v1){cout << e << " ";}cout << endl;}void test06(){vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };auto it1 = v1.begin();while (it1 != v1.end())it1=v1.insert(v1.begin(), 2);{cout << *it1 << " ";it1++;}}
}

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