C++:STL第一篇vector

1.vector 的介绍及使用

1.1 vector的介绍

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator (迭代器)的使用

1.2.3 vector空间增长问题

1.2.4 vector的增删改查

1.2.5 vector 迭代器失效问题。（重点）

2.vector 深度刨析及模拟实现

2.1 reserve 的模拟实现

1.vector 的介绍及使用

1.1 vector的介绍

C++官网vector文档介绍

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！