C++ Vecter
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本博客主要内容讲解了C++中vector的介绍以及相关的一些接口的使用
Ⅰ. vector 的介绍和使用
Ⅰ. Ⅰvector的介绍
①vector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。
④vector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。
Ⅰ. Ⅱvector的使用
在
vector的学习中我们一定要学会查看文档vector文档，对于vector的使用我们一般只需要熟悉以下常用的接口就可以了！Ⅰ.Ⅱ .Ⅰvector的定义
| (constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
| vector() | 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 |
int TestVector1() { // constructors used in the same order as described above: vector<int> first; // empty vector of ints vector<int> second(4, 100); // four ints with value 100 vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through second vector<int> fourth(third); // a copy of third // 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分 // the iterator constructor can also be used to construct from arrays: int myints[] = { 16,2,77,29 }; vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int)); cout << "The contents of fifth are:"; for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it) cout << ' ' << *it; cout << '\n'; return 0; }
Ⅰ.Ⅱ .Ⅱvector iterator 的使用
vector的迭代器使用和string的迭代器使用是非常类似的。
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; }
Ⅰ.Ⅱ .Ⅲ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。
// 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'; } } }
// 尾插和尾删：push_back/pop_back void TestVector4() { vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); auto 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; } // 任意位置插入：insert和erase，以及查找find // 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
#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; }
- 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; }
- 当然是第二个正确，因为我们在erase的时候有可能会造成迭代器失效，所以我们让it不断的去接收erase返回的迭代器，去更新迭代器，防止迭代器失效问题。
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; } }
Ⅱ. vector深度剖析及模拟实现
Ⅱ . Ⅰ std::vector的核心框架接口的模拟实现xupt::vector
Ⅱ. Ⅱ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？
int main() { bite::vector<bite::string> v; v.push_back("1111"); v.push_back("2222"); v.push_back("3333"); return 0; }
问题分析：
①memcpy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如果拷贝的是非自定义类型的元素，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。
Ⅱ. Ⅲ 动态二维数组理解
// 以杨辉三角的前n行为例：假设n为5 void test2vector(size_t n) { // 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int> xupt::vector<xupt::vector<int>> vv(n); // 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1 for (size_t i = 0; i < n; ++i) vv[i].resize(i + 1, 1); // 给杨辉三角出第一列和对角线的所有元素赋值 for (int i = 2; i < n; ++i) { for (int j = 1; j < i; ++j) { vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1]; } } }
xupt::vector<xupt vector<int>> vv(n);构造一个vv动态二维数组，vv中总共有n个元素，每个元素都是vector类 型的，每行没有包含任何元素，如果n为5时如下所示：
vv中元素填充完成之后，如下图所示：
使用标准库中vector构建动态二维数组时与上图实际是一致的。
到这本篇博客的内容就到此结束了。
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