【剖析STL】vector-阿里云开发者社区

vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

cplusplus.com/reference/vector/vector/

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。

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

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

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 and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末

统一的迭代器和引用更好。

使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习

1.2vector的使用

1.2.1vector的构造函数

(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

构造一个vector变量，以下情况都是OK的：

vector v1; vector v2(10, 5); // 10个5 vector v3(v2.begin(), v2.end()); vector v4(v2);

1.2.2析构函数

🔥这里的析构函数，一般情况下我们不需要管，因为它会自动调用。

拷贝构造和赋值构造，vector 的拷贝构造和赋值其实就是深拷贝。

这些我们放在 vector 模拟实现的章节里详细探讨。

1.2.3push_back函数

🔥void push_back (const value_type& val);

这实际上会使size增加1，当且仅当新的vector大小超过当前vector的capacity时，才会自动重新分配分配的存储空间。

vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
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1.2.4各种遍历方法

1.for循环遍历 2.迭代器遍历 3.范围for遍历（本质也是迭代器）

vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;
  vector<int>::iterator it = v.begin();
  while (it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;
  for (auto e: v)
  {
    cout << e << " ";
  }
  cout << endl;
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🔥它不止可以用vector的迭代器，只要可以进行类型转换就可以了

string s1("hello world");
  vector<int>v3(s1.begin(), s1.end());
  for (auto e : v3)
  {
    cout << e << " ";
  }
  cout << endl;
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如果不要第一个和最后一个可以进行++和—

string s1("hello world");
  vector<int>v3(++s1.begin(), --s1.end());
  for (auto e : v3)
  {
    cout << e << " ";
  }
  cout << endl;
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反向迭代器

1.2.5 vector空间增长问题

容量空间	容量空间
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。

我们对vector默认扩容机制进行测试：

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';
    }
  }
}
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这里size、capacity和empty我就不做详细介绍了，主要介绍一下resize和reserve函数

resize函数：void resize (size_type n, value_type val = value_type());

🔥如果n小于当前容器的大小，内容会缩小到它的前n个元素，并删除后面的元素(并销毁它们)。

如果n大于当前容器的大小，则在容器末尾插入尽可能多的元素以达到n的大小。如果指定val，则新元素被初始化为val的副本，否则对它们进行值初始化。

如果n也大于当前容器容量，则会自动重新分配已分配的存储空间。

🔥注意，这个函数通过插入或删除容器中的元素来改变容器的实际内容。

我们可以用resize直接构造，出了作用域，他们会自己析构

void test_vector4()
{
  vector<int>v;
  v.resize(10, 0);
  vector<int>v2(10, 0);
}
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这两种都可以开空间初始化，但是上面这种情况比较好

reserve函数：void reserve (size_type n);

1.2.6pop_back 函数

void pop_back();

删除最后一个元素

1.2.7insert 函数

通过在指定位置的元素之前插入新元素，可以有效地增加容器的大小。

当且仅当新的向量大小超过当前向量容量时，会导致已分配的存储空间自动重新分配。

void test_vector7() {
  vector<int> v;
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  vector<int>::iterator ret = find(v.begin(), v.end(), 3);
  if (ret != v.end()) {
    cout << "找到了" << endl;
    v.insert(ret, 30);         // 在ret位置前面插入一个30
  }
  for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
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1.2.8erase函数

iterator erase (iterator position);
iterator erase (iterator first, iterator last);
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删除position位置的数据

1.2.9swap 函数

交换两个vector的数据空间

void swap (vector& x);

1.3find函数

1.4 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：

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;
}
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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。

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iterator
 vector<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;
}
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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。

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
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=========================================================
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
[xiaolu@VM-0-3-centos 20220114]$ vim testVector.cpp
[xiaolu@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[xiaolu@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
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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。

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;
 }
}
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迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

【剖析STL】vector