前言
本篇将学习vector的基础知识
🕺作者： 迷茫的启明星
专栏：《C++初阶》
相关文章：《 leetcode17. 电话号码的字母组合》
😘欢迎关注：👍点赞🙌收藏✍️留言
🏇码字不易，你的👍点赞🙌收藏❤️关注对我真的很重要，有问题可在评论区提出，感谢阅读！！！
持续更新中~
STL之vector基础
1. What：什么是 vector？
《vector的文档介绍》
vector是表示可变大小数组的序列容器.
它就像数组一样采用连续存储空间来存储元素，也就意味着可以使用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效，但是和数组不同的是，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。
在vector的使用中，它通过动态分配的方式来存储它的元素，比如说：当有新元素插入时，这个数组可能就要重新分配大小，为了增加存储空间，它的做法是重新分配一个数组，然后再把全部元素移到这个数组，但是这是一个比较“费劲”的任务，因为每次有新增元素时，它都要重新分配大小，所以为了避免这种情况，vector有了自己的空间分配策略。
**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，但是获得了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
2. Why：为什么使用 vector？
详细来说，为什么使用 vector 有以下几个优点：
动态扩展：vector 的容量可以在运行时动态地增加或减少，可以根据实际需求，方便地向容器中添加或移除元素。这种灵活性非常适合管理可变长度的元素序列，特别是当元素数量难以预测或者需要不断变化时。
高效的随机访问：vector 中的元素都是存储在连续的内存空间中的，因此可以通过下标或者迭代器直接访问某个特定位置的元素，检索元素的速度非常快。这比起链表等其他容器类型更加高效，并且可以方便地在元素序列中进行排序和查找等操作。
安全性：vector 在管理容量的内存时，自动负责申请和释放内存空间，减少了像数组那样的越界访问问题，提高了程序的稳定性和安全性。由于它会在插入数据时判断是否需要重新分配内存，因此不会出现数组越界的错误，大大提高了程序的健壮性。
操作丰富：vector 的成员函数以及迭代器等工具，提供了多种操作元素序列的方式，包括排序、查找、插入和删除等操作。它还支持以及其他 STL 容器类型一样的迭代器接口，方便地进行算法实现，并且不需要担心分配和释放内存的问题。
兼容性：vector 是 C++ 标准库中的标准容器类型之一，与其他容器类型兼容，并广泛支持各种编译器和平台。可以在不同的环境和项目中轻松应用，为开发者提供了极大的便利。
3. How：怎么使用vector?
3.1 vector的定义
（constructor）构造函数声明 接口功能
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); 拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last); 使用迭代器进行初始化构造
演示：
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> #include <functional> using namespace std; int main() { vector<int> v1; vector<int> v2(10, 1); cout<<"使用构造并初始化n个val后的v2："; for(int j=0;j<10;++j) { cout<<v2[j]; } cout<<endl; cout<<"拷贝构造后的v3："; vector<int> v3(v2); for(int j=0;j<10;++j) { cout<<v3[j]; } cout<<endl; for(int i=0;i<10;++i) { //先给v1赋值 v1.push_back(i); } cout<<"使用迭代器进行初始化构造后的v4："; vector<int> v4(v1.begin(),v1.end()); for(int j : v4) { cout<<j; } cout<<endl; return 0; }
输出：
3.2 vector iterator 的使用
iterator的使用 接口说明
begin + end 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator
它们的位置关系就像这样：
演示：
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> #include <functional> using namespace std; int main() { vector<int> v1; v1.push_back(1); v1.push_back(2); v1.push_back(3); v1.push_back(4); // 下标+[] cout<<"使用下标访问和更改数据:"; for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i) { v1[i]++; } for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i) { cout << v1[i] << " "; } cout << endl; // 迭代器 cout<<"使用迭代器访问和更改数据:"; vector<int>::iterator it = v1.begin(); while (it != v1.end()) { (*it)--; cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //范围for的底层就是迭代器的使用而已 cout<<"范围for的使用:"; for (auto e : v1) { cout << e << " "; } cout << endl; return 0; }
输出：
3.3 vector 空间增长问题
相关函数 接口功能
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size
reserve 改变vector的capacity
这里我们需要注意的就是
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。
我们来测试一下这个问题：
下面的测试环境是clion,它是按照2倍方式扩容
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> #include <functional> using namespace std; int main() { size_t sz; vector<int> v; //结果2 //v.resize(100); //结果3 // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容 //v.reserve(100); 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'; } } }
在这段代码中，空间不够就增容，一旦改变就输出改变后的空间大小
结果1：
结果2：
结果3：
下面的测试环境是vs，它是按照1.5倍方式扩容
结果1：
结果2：
结果3：
这里有一个实用的小技巧：
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
3.4 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position前插入val
erase 删除position位置的数据
swap 交换两个vector的数据空间
operator[] 像数组一样访问
演示：
#include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> #include <functional> using namespace std; int main() { vector<int> v1; v1.push_back(1); v1.push_back(2); v1.push_back(3); v1.push_back(4); v1.push_back(300); cout << "在3前面插入30："; vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3); if (pos != v1.end()) { v1.insert(pos, 30); } for (auto e : v1) { cout << e << " "; } cout << endl; cout << "删除val==300的数："; pos = find(v1.begin(), v1.end(), 300); if (pos != v1.end()) { v1.erase(pos); } for (auto e : v1) { cout << e << " "; } cout << endl; cout << "交换0 3位置后:"; swap(v1[0], v1[3]); for (auto e : v1) { cout << e << " "; } cout << endl; cout << "数组尾删后："; v1.pop_back(); for (auto e : v1) { cout << e << " "; } cout << endl; return 0; }
3.5 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可能会导致迭代器失效的操作有：
会引起底层空间改变的操作，都可能是迭代器失效。
比如说：resize、eserve、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; }
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。
再来看一个问题
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请你判断一下哪个是正确？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; }
答案揭秘：
第二段代码是正确的。
在第一段代码中，使用了一个 while 循环遍历 vector 的每个元素，当遇到偶数时使用 erase() 函数删除该元素，但是 erase() 函数会使迭代器失效，导致后面的 ++it 操作产生未定义行为，因此会导致程序错误。
而第二段代码使用了一个 while 循环遍历 vector 的每个元素，当遇到偶数时仅仅将其删除，不会使迭代器失效，因为 erase() 函数返回一个指向被删除元素之后元素的新迭代器，因此可以安全地使用 ++it 操作，从而正确地删除 vector 中所有的偶数。
与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#include <string> int main() { 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; } }
那么我们应该怎么解决迭代器失效的问题呢？
在使用迭代器前对它重新赋值即可。
4. Where：vector 相关OJ题
电话号码的字母组合
class Solution { char* num[10]={"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"}; public: void mergeCombin(string digits,int di,vector<string>& res,string ch) { if(di==digits.size()) { res.push_back(ch); return; } int n=digits[di]-'0'; string str=num[n]; for(int i=0;i<str.size();++i) { mergeCombin(digits,di+1,res,ch+str[i]); } } vector<string> letterCombinations(string digits) { vector<string> res; if(digits.empty()) return res; string ch; mergeCombin(digits,0,res,ch); return res; } };
杨辉三角
class Solution { public: vector<vector<int>> generate(int numRows) { vector<vector<int>> vv(numRows); int i,j; for(i=0;i<numRows;++i) { vv[i].resize(i+1,1); } for(i=0;i<numRows;++i) { for(j=1;j<vv[i].size()-1;++j) { vv[i][j]=vv[i-1][j-1]+vv[i-1][j]; } } return vv; } };
总结：通过上面的练习我们发现vector常用的接口更多是插入和遍历。遍历更喜欢用数组operator[i]的形式访问，因为这样便捷。
后记
感谢大家支持！！！
下篇将讲述vector的实现。
respect！
下篇见！
