3.1 序列式容器-vector

news2024/11/15 8:10:09

STL中一些常见的容器：

序列式容器（Sequence Containers）：
- vector（动态数组）： 动态数组，支持随机访问和在尾部快速插入/删除。
- list（链表）： 双向链表，支持在任意位置快速插入/删除。
- deque（双端队列）： 双端队列，支持在两端快速插入/删除。
容器适配器（Container Adapters）：
- stack（栈）： 后进先出（LIFO）的数据结构。
- queue（队列）： 先进先出（FIFO）的数据结构。
- priority_queue（优先队列）： 具有优先级的队列。
关联式容器（Associative Containers）：
- set（集合）： 有序集合，不允许重复元素。
- multiset（多重集合）： 有序集合，允许重复元素。
- map（映射）： 键-值对的集合，按键有序存储，不允许重复键。
- multimap（多重映射）： 键-值对的集合，按键有序存储，允许重复键。
无序关联容器（Unordered Associative Containers）：
- unordered_set： 无序集合，不允许重复元素。
- unordered_multiset： 无序集合，允许重复元素。
- unordered_map： 无序映射，按键无序存储，不允许重复键。
- unordered_multimap： 无序映射，按键无序存储，允许重复键。

序列式容器

1.vector

1.1定义

C++本身提供了一个序列容器array数组，STL中新增了一个vector，被称为动态数组。

它与array的区别是它提供了动态空间大小。

例如：

std::array<int, 5> myArray = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> myVector = {1, 2, 3, 4, 5};

1.2迭代器

vector的迭代器所需功能，普通指针就能满足，所以在vector容器中，迭代器就是普通指针，并且其类型属于随机访问迭代器，支持跳跃式的访问。支持++,—,+=,-=等操作运算。

所以vector容器元素的访问的时间复杂度是O(1).

1.2数据结构

vector的数据结构是一块连续的线性空间。其中以两个迭代器start和finish分别指向配置得来的连续空间中已被使用的范围，以迭代器end_of_storage指向整块连续空间的尾端：

template <class T,class Alloc=alloc>
class vector
{
    ...
protected:
    
    iterator start;//目前使用的空间的头部
    
    iterator finish;//目前使用的空间的尾部
    
    iterator end_of_storage; //目前可用空间的尾部 
...
}

为了减少空间动态配置时的成本，vector实际配置的大小(capacity)可能比需求更大一些，以备将来可能的扩充。vector这里就有一个容量capacity的概念。和vector大小size的概念对应。vector的容量永远大于或等于其大小。一旦容量等于大小，便是满载，下次再有新增元素，整个vector就要进行转移。
在这里插入图片描述

1.3vector的push_back（如何动态增长）

在这里插入图片描述
其中核心点在于insert_aux函数

template <class T,class Alloc>
void vector<T,Alloc>::insert_aux(iterator position,const T& x)
{   
    //检查是否还有备用空间
    if(finish!=end_of_storage){
        //在备用空间起始处构造一个元素，并以vector最后一个元素为其初始值
        construct(finish,*(finish-1));
        //移动finish指针
        ++finish;
        //拷贝内容
        T x_copy=x;
        //执行拷贝
        copy_backward(position,finish-2,finish-1);
        *position=x_copy；
    }else {
        //进入这里表示已经不存在可用空间
        const size_type old_size=size();
        //决定分配空间的大小
        const size_type len=old_size!=0?2*old_size:1;
        //实际分配
        iterator new_start=data_allocator::allocate(len);
        iterator new_finish=new_start;
        try{
            //拷贝元素
            new_finish=uninitialized_copy(start,position,new_start);
            //为新元素设定初值x
            construct(new_finish,x);
            //调整指针位置
            ++new_finish;
        }catch(...){
            destroy(new_start,new_finish);
            data_allocator::deallocate(new_start,len);
            throw;
        }
        //释放原来的内存
        destroy(begin(),end());
        deallocate();
        //调整迭代器，指向新vector
        start=new_start;
        finish=new_finish;
        end_of_storage=new_start+len;
    }
}

可以看出来vector所谓的动态增加大小，并不是在原有空间之后接新的空间（因为无法保证原空间之后还有连续的可配置空间），而是以原大小的两倍来另外配置一块较大的空间，然后再将原有内容拷贝过来，并释放原空间。因此需要注意的是vector一旦引起了的空间重新配置，指向原vector的所有迭代器都失效了。