【C++驾轻就熟】vector深入了解及模拟实现

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一、vector介绍

二、标准库中的vector

2.1vector常见的构造函数

2.1.1无参构造函数

2.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）

2.1.3有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造） 

2.2 vector iterator 的使用

 2.2.1 begin()函数 + end()函数

2.3 vector对象的容量操作

2.3.1 size()函数 

2.3.2 capacity()函数 

2.3.3 empty()函数 

2.3.4 resize()函数

2.3.5 reserve()函数 

2.4 vector空间增长问题 

2.5 vector对象的增删查改及访问

2.5.1 operator[]

2.5.2 push_back()函数

2.5.3 find()函数

 2.5.4 insert()函数

2.5.6 erase()函数 

 2.5.7 swap()函数

2.1.4.8 front()函数 + back()函数 

 2.6 vector迭代器失效问题

三、vector 深度剖析及模拟实现

结尾

一、vector介绍

vector的文档介绍

  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。

二、标准库中的vector

2.1vector常见的构造函数

2.1.1无参构造函数
#include<vector>int main()
{vector<int> v;return 0;
}

2.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）
vector (size_type n, const value_type& val = value_type())

2.1.3有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造） 
template <class InputIterator>vector (InputIterator first, InputIterator last);

2.1.4 拷贝构造函数 

vector (const vector& x);

2.2 vector iterator 的使用

 2.2.1 begin()函数 + end()函数
int main()
{vector<int> v;v.push_back(5);v.push_back(2);v.push_back(0);v.push_back(1);v.push_back(3);v.push_back(1);v.push_back(4);vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;
}

 2.2.2 rbegin()函数 + rend()函数

int main()
{vector<int> v;v.push_back(5);v.push_back(2);v.push_back(0);v.push_back(1);v.push_back(3);v.push_back(1);v.push_back(4);vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();while (it != v.rend()){cout << *it << ' ';++it;}cout << endl;return 0;
}

2.3 vector对象的容量操作

2.3.1 size()函数 
int main()
{vector<int> v;v.push_back(5);v.push_back(2);v.push_back(0);v.push_back(1);v.push_back(3);v.push_back(1);v.push_back(4);cout << v.size() << endl;return 0;
}

2.3.2 capacity()函数 
int main()
{vector<int> v;cout << "初始：" << v.capacity() << endl;for (int i = 0; i < 100; i++){v.push_back(i);if (v.size() == v.capacity()){cout << "扩容：" << v.capacity() << endl;}}return 0;
}

2.3.3 empty()函数 
bool empty() const;		判断是否为空

int main()
{vector<int> v;cout << v.empty() << endl;v.push_back(1);cout << v.empty() << endl;return 0;
}
2.3.4resize()函数
void resize (size_type n, value_type val = value_type());
是将字符串中有效字符个数改变到n个，
如果 n 小于当前容器的大小，
则容器会被截断为仅包含前 n 个元素；
如果 n 大于当前容器的大小，
则容器会被扩展到包含 n 个元素，并使用 val 值填充新添加的元素。注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，
可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

int main()
{vector<int> v(10, 5);cout << "初始  size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;v.resize(5, 1);cout << "初始  size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;v.resize(30, 10);cout << "初始  size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;return 0;
}

2.3.5 reserve()函数 
void reserve (size_type n);
改变vector的capacity
int main()
{vector<int> v;cout << "初始:" << v.capacity() << endl;v.reserve(100);cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;return 0;
}

2.4 vector空间增长问题 

  • 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。 
// 测试vector的默认扩容机制
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';}}
}vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 4
capacity changed : 8
capacity changed : 16
capacity changed : 32
capacity changed : 64
capacity changed : 128

// 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';}}
}

2.5 vector对象的增删查改及访问

接下来我就不代码解释了，这在我之前发的篇章C语言之数据结构中有，可以通过我之前发的作品进行查看

2.5.1 operator[]

像数组一样访问数据reference operator[] (size_type n);const_reference operator[] (size_type n) const;
2.5.2 push_back()函数

void push_back (const value_type& val); 尾插

像数组一样访问数据reference operator[] (size_type n);const_reference operator[] (size_type n) const;
2.5.3 find()函数
查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
template <class InputIterator, class T>InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int>::iterator it;it = find(v.begin(), v.end(), 3);if (it != v.end())cout << "找到了：" << *it << '\n';elsecout << "没找到\n";return 0;
}

 2.5.4 insert()函数

int main()
{vector<int> v1;vector<int> v2;v1.push_back(1);v1.push_back(3);v1.push_back(1);v1.push_back(4);v2.push_back(5);v2.push_back(2);v2.push_back(0);// insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator v1.insert(v1.begin(), 30);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;// insert()函数能够在position之前插入 n 个 val v1.insert(v1.begin() + 2, 5, 10);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;//  insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据      v1.insert(v1.begin() + 5, v2.begin(), v2.end());for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;return 0;
}

2.5.6 erase()函数 

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(3);v.push_back(1);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(2);v.push_back(0);for (int i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << ' ';}cout << endl;// erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iteratorcout << *(v.erase(v.begin())) << endl;for (int i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << ' ';}cout << endl;// erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据// 并返回删除数据后面数据位置的 iterator  cout << *(v.erase(v.begin(), v.begin() + 3)) << endl;for (int i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << ' ';}cout << endl;return 0;
}

 2.5.7 swap()函数

int main()
{vector<int> v1(4, 5);vector<int> v2(5, 10);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){	cout << v1[i] << ' ';	}cout << endl;for (int i = 0; i < v2.size(); ++i){	cout << v2[i] << ' ';	}cout << endl;v1.swap(v2);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;for (int i = 0; i < v2.size(); ++i){cout << v2[i] << ' ';}cout << endl;return 0;
}

2.1.4.8 front()函数 + back()函数 

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(3);v.push_back(1);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(2);v.push_back(0);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;cout << "front : " << v.front() << endl;cout << "back :  " << v.back() << endl;return 0;
}

 

 2.6 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。

        以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？

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

解答：第一个main函数错误，第二个main函数正确，因为erase()函数返回的就是删除元素后面元素位置的迭代器，++it会导致跳过一个元素，如果最后一个元素是偶数还会导致程序崩溃。

        3. 注意：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;
}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 <vector>
#include <algorithm>int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };vector<int>::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<int> v{ 1,2,3,4,5 };// 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;
}========================================================
// 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 <string>
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。

三、vector 深度剖析及模拟实现

 模拟代码中的成员函数以在前面介绍，若一些成员函数不懂可查看上文

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<assert.h>using namespace std;namespace lxp
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_itrartor;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_itrartor begin() const{return _start;}const_itrartor end() const{return _finish;}size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}void reserve(size_t n){size_t sz = size();if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + sz;_endofstorage  = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);for (int i = size(); i < n; i++){*_finish = val;_finish++;}}}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--;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}iterator insert(iterator pos, const T& x){//迭代器扩容时pos位置会失效assert(pos >= _start && pos < _finish);size_t len = pos - _start;if (_finish == _endofstorage ){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}iterator i = _finish;pos = _start + len;while (pos < i){*(i) = *(i - 1);i--;}*pos = x;_finish++;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);iterator i = pos;while (i < _finish){*i = *(i + 1);i++;}_finish--;return pos;}vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstorage (nullptr){}// vector<int> v(10, 1);// // vector<int> v(10u, 1);// vector<string> v1(10, "1111");vector(size_t n, const T& val = T()){resize(n, val);}vector(int n, const T& val = T()){resize(n, val);}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}// v1 = v2vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[] _start;_finish = _endofstorage  = nullptr;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;};
}

结尾

如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，希望大家可以在评论区提一下。
希望大家以后也能和我一起进步！！
如果这篇文章对你有用的话，请大家给一个三连支持一下！！

谢谢大家收看🌹🌹

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How to rewrite a query which uses the ROW_NUMBER() window function in versions 5.7 or earlier before window functions were supported e.g., SELECT ROW_NUMBER() OVER (PARTITION BY fieldA) AS rownum, myTable.* FROM myTable; index 用不上的 Solution Assuming…
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保姆级手把手使用YOLOv11训练自己数据集（含源代码、网络结构、模型检测和转换 、数据集查找、模型训练）

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文章目录 前言项目地址项目内容&#xff1a;网络模型结构性能测试任务描述任务内容 项目运行模型训练 前言 本教程内含YOLOv11网络结构图训练教程推理教程数据集获取等有关的内容~ 项目地址 YOLO11是Ultralytics YOLO系列实时目标检测器的最新迭代版本&#xff0c;它以尖端的…
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打卡第三天 P5729 【深基5.例7】工艺品制作

打卡第三天 P5729 【深基5.例7】工艺品制作

今天是我打卡第三天&#xff0c;做个入门题吧(#^.^#) 原题链接&#xff1a;【深基5.例7】工艺品制作 - 洛谷 题目描述 输入格式 输出格式 输出一个整数表示答案。 输入输出样例 输入 #1 4 4 4 1 1 1 1 2 2 2 输出 #1 56 说明/提示 C&#xff1a; #include<bits/std…
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使用 classification_report 评估 scikit-learn 中的分类模型

使用 classification_report 评估 scikit-learn 中的分类模型

介绍 在机器学习领域&#xff0c;评估分类模型的性能至关重要。scikit-learn 是一个功能强大的 Python 机器学习工具&#xff0c;提供了多种模型评估工具。其中最有用的函数之一是 classification_report&#xff0c;它可以全面概述分类模型的关键指标。在这篇文章中&#xff…
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低组装滚珠导轨：承载力强，适应多样工况！

低组装滚珠导轨：承载力强，适应多样工况！

在自动化行业中&#xff0c;高质量、高效率的生产线是确保产品品质和生产效率的关键。而低组装型滚珠导轨作为生产线中的重要组件之一&#xff0c;能够提供精准的直线运动控制&#xff0c;为自动化设备的稳定运行和高精度检测提供可靠支持。 相对于传统的导轨系统来说&#xff…
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汇编语言笔记2

汇编语言笔记2

7.MASM,NASM,ATT,ARM的介绍 MASM:Windows下编译汇编指令的软件,可以在DOSBox下运行 NASM:优化版的MASM,主要用于Linux操作系统 ATT:Linux默认的汇编风格(但不友好) ARM:非PC(IOT设备)的汇编,比如写51单片机打开keil4的界面可以看到ARM 8.汇编 C语言 C 之间的关系 发展历程…
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Arduino UNO R3自学笔记21 之 Arduino电机的闭环控制

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注意&#xff1a;学习和写作过程中&#xff0c;部分资料搜集于互联网&#xff0c;如有侵权请联系删除。 前言&#xff1a;上篇写了电机速度测定&#xff0c;这篇主要是讲测定出的速度用于反馈&#xff0c;使得实际速度快速响应到需要的速度。 1.控制系统介绍 分2大类&#x…
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《深度学习》【项目】OpenCV 发票识别 透视变换、轮廓检测解析及案例解析

《深度学习》【项目】OpenCV 发票识别 透视变换、轮廓检测解析及案例解析

目录 一、透视变换 1、什么是透视变换 2、操作步骤 1&#xff09;选择透视变换的源图像和目标图像 2&#xff09;确定透视变换所需的关键点 3&#xff09;计算透视变换的变换矩阵 4&#xff09;对源图像进行透视变换 5&#xff09;对变换后的图像进行插值处理 二、轮廓检测…
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idea插件市场安装没反应

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https://plugins.jetbrains.com/idea重启后还是不行那就
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