vector的介绍

vector是表示可变大小数组的序列容器。就像数组一样，vector也采用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。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。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。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。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。与其它动态序列容器相比（deque, 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。使用vector时必须加上头文件#include<vector>和using namespace std;

vector的基本使用

vector的定义

构造函数声明接口说明vector()无参构造vector(size_t n, const value_type& val = value_type())构造并初始化n个valvector(const vector& x)拷贝构造vector(InputIterator first, InputIterator last)使用迭代器进行初始化构造 vector<int> v1; // empty vector of ints vector<int> v2(4, 100); // four ints with value 100 vector<int> v3(v2.begin(), v2.end()); // iterating through v2 vector<int> v4(v3); // a copy of v3 int arr[] = { 16,2,77,29 }; // iterating through arr vector<int> v5(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0]));

vector迭代器的使用

iterator的使用接口说明begin + endbegin获取第一个数据位置的iterator/const_iterator, end获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iteratorrbegin + rendrbegin获取最后一个数据位置的reverse_iterator, rend获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator

#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void PrintVector(const vector<int>& v) { // const对象使用const迭代器进行遍历打印 vector<int>::const_iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } int main() { // 使用push_back插入4个数据 vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); // 使用迭代器进行遍历打印 vector<int>::iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; // 使用迭代器进行修改 it = v.begin(); while (it != v.end()) { *it *= 2; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; // 使用反向迭代器进行遍历再打印 vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin(); while (rit != v.rend()) { cout << *rit << " "; ++rit; } cout << endl; // 使用const迭代器进行遍历再打印 PrintVector(v); return 0; }

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改变vector的sizereserve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。不要固化的认为，顺序表增容都是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。 // vector 的增容 VS中1.5倍增长 Linux中2倍增长 vector<int> v; size_t sz = v.capacity(); cout << sz << endl; cout << "making v grow:" << endl; for (int i = 0; i < 100; ++i) { v.push_back(i); if (sz != v.capacity()) { sz = v.capacity(); cout << "capacity changed: " << sz << endl; } }

vector增删查改

vector增删查改接口说明push_back尾插pop_back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pos之前插入valerase删除pos位置的数据swap交换两个vector的数据空间operator[]像数组一样访问 //push_back、pop_back void Test1() { int arr[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector<int> v(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(arr[0])); vector<int>::iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; v.pop_back(); v.pop_back(); it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } //find、erase、insert void Test2() { int arr[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector<int> v(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int)); // 使用find查找3所在位置的iterator vector<int>::iterator pos = std::find(v.begin(), v.end(), 3); // 在pos位置之前插入30 v.insert(pos, 30); vector<int>::iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; pos = find(v.begin(), v.end(), 3); // 删除pos位置的数据 v.erase(pos); it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; } //operator[]、范围for void Test3() { int arr[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector<int> v1(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int)); // 通过[]读写第0个位置。 v1[0] = 10; cout << v1[0] << endl; // 通过[i]的方式遍历vector for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i) { cout << v1[i] << " "; } cout << endl; vector<int> v2; v2.swap(v1); cout << "v data:"; for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i) { cout << v1[i] << " "; } cout << endl; cout << "v2 data:"; for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i) { cout << v2[i] << " "; } cout << endl; // C++11支持的新式范围for遍历 for (auto e : v2) { cout << e << " "; } cout << endl; }

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：

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。指定位置元素的删除操作：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。

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

vector的模拟实现（造轮子）

#include <iostream> #include <cassert> using namespace std; namespace MakeVector { template<class T> class vector { public: typedef T* iterator; typedef const T* const_iterator; public: iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } const_iterator begin() const { return _start; } const_iterator end() const { return _finish; } vector() : _start(nullptr) , _finish(nullptr) , _endofstorage(nullptr) {} ~vector() { if (_start) { delete[] _start; _start = _finish = _endofstorage = nullptr; } } //拷贝构造传统写法 //vector(const vector<T>& v) // : _start(nullptr) // , _finish(nullptr) // , _endofstorage(nullptr) //{ // _start = new T[v.capacity()]; // _finish = _start; // _endofstorage = _start + v.capacity(); // for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) // { // *_finish = v[i]; // ++_finish; // } //} //拷贝构造现代写法 vector(const vector<T>& v) : _start(nullptr) , _finish(nullptr) , _endofstorage(nullptr) { reserve(v.capacity()); for (auto e : v) { push_back(e); } } //赋值运算符传统写法 //vector<T>& operator=(const vector<T>& v) //{ // if (this != &v) // { // delete[] _start; // _start = new T[v.capacity()]; // _finish = _start; // _endofstorage = _start + v.capacity(); // for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) // { // *_finish = v[i]; // ++_finish; // } // } // return *this; //} //赋值运算符现代写法 vector<T>& operator=(vector<T> v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_endofstorage, v._endofstorage); return *this; } void reserve(size_t new_capacity) { if (new_capacity > capacity()) { size_t sz = size(); T* tmp = new T[new_capacity]; if (_start) { //memcpy对于内置类型和自定义类型都是浅拷贝 //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz); for (size_t i = 0; i < sz; ++i) { tmp[i] = _start[i]; } delete[] _start; } _start = tmp; _finish = _start + sz; _endofstorage = _start + new_capacity; } } void resize(size_t n, const T& val = T()) { if (n < size()) { _finish = _start + n; } else { if (n > capacity()) { reserve(n); } while (_finish < _start + n) { *_finish = val; ++_finish; } } } void push_back(const T& val) { //扩容 if (_finish == _endofstorage) { size_t new_capacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2; reserve(new_capacity); } *_finish = val; ++_finish; } void pop_back() { assert(_start < _finish); --_finish; } iterator insert(iterator pos, const T& val) { assert(pos <= _finish); //扩容 if (_finish == _endofstorage) { size_t len = pos - _start; size_t new_capacity = capacity() == 0 ? 2 : capacity() * 2; reserve(new_capacity); pos = _start + len; } iterator end = _finish - 1; while (end >= pos) { *(end + 1) = *end; --end; } *pos = val; ++_finish; return pos; } iterator erase(iterator pos) { assert(pos < _finish); iterator begin = pos; while (begin < _finish) { *(begin) = *(begin + 1); ++begin; } --_finish; return pos; } T& operator[](size_t index) { assert(index < size()); return _start[index]; } const T& operator[](size_t index) const { assert(index < size()); return _start[index]; } const size_t size() const { return _finish - _start; } const size_t capacity() const { return _endofstorage - _start; } private: iterator _start; iterator _finish; iterator _endofstorage; }; }