C++:Vector的使用

简介: C++:Vector的使用

一、vector的介绍

vector的文档介绍

1. vector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。

4. 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。

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listforward_list统一的迭代器和引用更好。

  下面我们开始研究他的使用,为了能够更好的测试,我们先实现一个打印容器元素的函数,vector底层是数组,所以有三种访问方式:下标访问、迭代器访问、范围for(本质也是迭代器)

void Print(const vector<int>& vv)//专门用来打印函数
{
  //下标遍历
  for (size_t i = 0; i < vv.size(); ++i)
    cout << vv[i] << " ";
  cout << endl;
  //迭代器区间访问
  vector<int>::const_iterator it = vv.begin();
  while (it != vv.end())
  {
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;
  //范围for访问
  for (auto e : vv)
    cout << e << " ";
  cout << endl;
}

二. 构造和赋值重载(Member functions)

我们用test1()来展示用法

void test1()
{
  //无参构造
  vector<int> v1;
  Print(v1);
  //有参构造,n个位置初始化
  vector<int> v2(5,2);
  Print(v2);
  //有参构造,n个位置调用T类型的默认构造
  vector<int> v3(5);
  Print(v3);
  //拷贝构造
  vector<int> v4(v3);
  Print(v4);
  //迭代器区间构造(传string的迭代器区间)
  string s("hello world");
  vector<int> v5(s.begin(), s.end());
  Print(v5);
  //迭代器区间构造(传vctor的迭代器区间)
  vector<int> v6(v5.begin(), v5.end());
  Print(v6);
  //赋值重载
  v1 = v6;
  cout << &v1 <<"   "<< & v6 << endl;//深拷贝
  Print(v1);
  //特殊的赋值方式
  vector<int> v7{ 1,2,3,4,5,6,7,8 };
  Print(v7);
}

注意:如上图所说,虽然构造函数的本质是为了自定义类型而生的,但是因为有了模版的存在,在有些时候必须支持内置类型的默认构造,比如我们来看下面的测试

//有些必要的时候必须得有拷贝构造
template<class T>
void func()
{
  T x = T();
  cout << x << endl;
}
void test4()
{
  //有模板的时候必须有内置类型的默认构造
  func<int>();
  func<int*>();
  func<double>();
  func<float>();
}

除了指针以外的内置类型也可以直接进行默认构造

三、增删操作(Modifiers  Iterators)

我们先介绍再测试

    原有的空间会全部清空,替换成我们要插入的元素,如果插入的更大,会扩容到相应的大小,跟=很相似,因为都会造成原来空间的释放,但是assign有一个比较厉害的地方就是可以用迭代器,也就是说我们可以控制被替换的区间

尾插

尾删

    指定位置插入,要注意的是这里不再像string一样,用的size_t 的pos,vector虽然也可以用下标访问,但是为了承接后面STL其他不支持下标访问的容器,所以这边的pos用的是迭代器类型

 指定位置删除

交换两个容器的指针,其实只是交换了空间,跟全局的swap区别就是全局的swap还涉及到了开空间和拷贝

很简单,就是清空容器,但是是不会改变容量的!

下面我们用test2()来进行测试

void test2()
{
  vector<int> v1;
  //push_back
  v1.push_back(1);
  v1.push_back(2);
  v1.push_back(3);
  v1.push_back(4);
  v1.push_back(5);
  v1.push_back(6);
  v1.push_back(7);
  v1.push_back(8);
  Print(v1);
  //pop_back
  v1.pop_back();
  Print(v1);
  //insert
  vector<int>::iterator pos1 = find(v1.begin(), v1.end(),2);
  v1.insert(pos1, 10);
  Print(v1);
  //erase
  vector<int>::iterator pos2 = find(v1.begin(), v1.end(), 10);
  v1.erase(pos2);
  Print(v1);
  //swap(vector 的swap)
  vector<int> v2(40,2);
  cout << &v1 << "  " << &v2<<endl;
  v2.swap(v1);
  cout << &v1 << "  " << &v2<<endl;
  Print(v1);
  Print(v2);
  //swap(全局的swap)
  swap(v1, v2);
  cout << &v1 << "  " << &v2 << endl;
  Print(v1);
  Print(v2);
  //assign和=的区别  都会销毁源空间,但是assign可以用迭代器控制被赋值的范围    或者是自己指定替换n个相同元素
  v1.assign(10, 2);//强行替换了
  Print(v1);
  v1.assign(v2.begin()+5,v2.end()-1);//控制赋值返回
  Print(v1);
  v2 = v1;
  Print(v2);
  //clear
  v1.clear();
  Print(v1);//v1被清空了
  
}

注意:Vector里面并没有提供find,但是算法库里有一个find是迭代器区间版本,也就是说算法库里的find支持给STL所有容器使用,所以才没有必要单独写一个!!

四、容量相关操作(Capacity)

这里和之前string的没什么差异,我们直接开始用test3进行测试

//Capacity
void test3()
{
  vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
  cout << v1.size() << endl;
  cout << v1.max_size() << endl;
  cout << v1.capacity() << endl;
  //reserve
  v1.reserve(15);
  cout << v1.capacity() << endl;
  //resize   //不传参数,调用默认构造
  v1.resize(50);
  Print(v1);
  //empty
  cout << v1.empty() << endl;
  //shrink_to_fit
  v1.reserve(100);
  cout << v1.capacity() << endl;
  v1.shrink_to_fit();
  cout << v1.capacity() << endl;
}

五、sort和reverse

这两个函数都是算法库里提供的,需要我们传相应的迭代器,但是内部使用是对迭代器有要求的,迭代器功能分为3种,一种是单向(比如单链表),一种是双向(双向链表),一种是随机(Vector和String),支持随机迭代器的一般都是支持下标访问的,名字会按时你要传什么样的迭代器。比如sort,一般只支持随机迭代器,而reverse一般支持双向迭代器,但是随机迭代器也是可以的,也就是说他们之间的关系是:单向支持双向和随机,双向支持随机,随机谁也不能支持

我们下面用test5()来测试一下

void test5()
{
    vector<int> v1{3,4,10,11,31,43,5464,4242432,22,3213};
  Print(v1);
  //升序
  sort(v1.begin(), v1.end(),less<int>());
  Print(v1);
  //逆序
  sort(v1.begin(), v1.end(), greater<int>());
  reverse(v1.begin() + 2, v1.end() - 5);
  Print(v1);
}

测试用例都给大家了,大家可以自己用vs拷贝过去哦!下一章开始讲解Vector的模拟实现

思考:有了Vector(char)还需要string吗?

需要!!1、如果用Vector(char)那其实底层又回到C语言的字符数组概念了,我们封装string的原因就是字符数组不符合面向对象的思维。2、Vector(char)结尾不会带\0  3、Vector的实现是可以存储很多种类型,比较大小也是根据具体类型的比较方式去比较,而string都是根据ascii码去比较。4、+=的差别很大,string+=一个字符串很正常,但是Vector就不适合。5、字符串string支持找子串。

综上来说 string是需求专用,vector是无法满足string的所有接口需求的。

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