1.vector 的介绍及使用
1.1 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。
- 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 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。
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
1.2 vector的使用
vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。
1.2.1 vector的定义
| (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 |
1.2.2 vector iterator (迭代器)的使用
| iterator的使用 | 接口说明 |
| begin + end（重点） |
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 |
代码示例：
void test_vector1() { vector<int> v1; vector<int> v2(10,0); vector<int> v3(v2.begin(), v2.end()); string s1("hello world"); vector<int> v4(s1.begin(), s1.end()); //可以使用其他容器的迭代器区间 //vector是模板 vector<int> v5(v4);//拷贝构造 //遍历 //1.for循环 for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++) { cout << v2[i] << " "; } cout << endl; //2.迭代器 //auto it = v5.begin(); vector<int>::iterator it = v5.begin(); while (it != v5.end()) { cout << *it << " "; it++; } cout << endl; //3.范围for for (auto& ch : v5) { cout << ch << " "; } cout << endl; }
1.2.3 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（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。
void test_vector3() { vector<int> v1; //v1.reserve(100);//size = 0;capacity = 100; v1.resize(100);//size = 100; capacity = 100; for (int i = 0; i < v1.size(); i++) { v1[i] = i; } for (auto i : v1) { cout << i << " "; } cout << endl; v1.shrink_to_fit();//缩小容量，让capacity = size ,会再找一块大小为size空间拷贝过去，一般不使用 //v1.front();//第一个元素 //v1.back();//最后一个元素 //v1.data();//数组的指针 }
1.2.4 vector的增删改查
| vector增删查改 | 接口说明 |
| push_back（重点） | 尾插 |
| pop_back （重点） | 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之前插入val |
| erase | 删除position位置的数据 |
| swap | 交换两个vector的数据空间 |
| operator[] （重点） | 像数组一样访问 |
void test_vector4() { vector<int> v1; v1.push_back(1); v1.push_back(2); v1.push_back(3); v1.push_back(4); v1.insert(v1.begin(), 0); v1.push_back(5); for (auto i : v1) { cout << i << " "; } cout << endl; v1.pop_back(); for (auto i : v1) { cout << i << " "; } cout << endl; vector<int>::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), 3); if (it != v1.end()) { v1.insert(it, 50); } for (auto i : v1) { cout << i << " "; } cout << endl; it = find(v1.begin(), v1.end(), 50); if (it != v1.end()) { v1.erase(it); } for (auto i : v1) { cout << i << " "; } cout << endl; v1.clear(); //v1.shrink_to_fit(); cout << v1.size() << endl; cout << v1.capacity() << endl; }
1.2.5 vector 迭代器失效问题。（重点）
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
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。可以利用insert的返回值：新插入元素的位置。
2. 指定位置元素的删除操作--erase
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。
可以利用erase的返回值，会返回要删除位置下一个元素的位置，数据往前挪动后还是之前要删除的位置。
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。
4. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可
2.vector 深度刨析及模拟实现
vector 内部成员有三个指针，_start，_finish , _end_of_storage，用这三个指针来对数据进行操作。
迭代器begin()，相当于就是_start的位置，end()相当于_finish的位置。
2.1 reserve 的模拟实现
如果reserve(n)，n>capacity()，这时就需要开空间，然后拷贝数据，再释放之前空间。我们下面模拟实现。在拷贝空间的时候就会遇到一些深浅拷贝的问题：
void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { T* tmp = new T[n];//失败抛异常 size_t sz = size(); if (_start != nullptr) { //memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);//拷贝数据 //这里拷贝数据只是浅拷贝，如果vector内部存放的是string //在要释放原来空间时 //析构vector会调用string的析构，将原来string内指向的内容释放 //而这里memcpy只是将指针的的数值拷贝，delete之后原来的空间被释放， //扩容后的空间内string的_str 都成为了野指针 //深拷贝 for (size_t i = 0; i < size(); i++) { tmp[i] = _start[i]; //如果是内置类型，会自动调用它们的赋值重载函数，深拷贝 //这里就可表现出来 引用计数浅拷贝 的好处 //因为会深拷贝一份原来的数据，再把原来的数据释放掉 } delete[] _start; } _start = tmp; _finish = _start + sz; _end_of_storage = _start + n; } }
其他函数模拟实现可以查看我的gittee链接
本篇结束！
