C++vector类(个人笔记)

news2024/11/15 1:53:14

vector类

    • 1.熟悉vector接口以及使用
      • 1.1vector的定义
      • 1.2vector迭代器使用
      • 1.3vector空间增长
      • 1.4vector增删查改
      • 1.5vector迭代器失效问题（重点）
    • 2.vector的一些笔试题
    • 3.模拟实现vector

1.熟悉vector接口以及使用

vector的C++官网文档

1.1vector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

演示：

//vector构造
int TestVector1()
{
	vector<int> first;//无参的构造
	vector<int> second(4, 100);//构造一个vector，里有4个int值为100
	vector<int> third(second.begin(), second.end());//迭代器区间初始化
	vector<int> fourth(third);//拷贝构造
	
	int myints[] = { 16, 2, 77, 29 };
	vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
	
	cout << "The contents of fifth are:";
	for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
	{
		cout << ' ' << *it;
	}
	
	cout << '\n';
	
	return 0;
}

1.2vector迭代器使用

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

在这里插入图片描述
演示：

//vector迭代器
void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	//const 对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

void TestVector2()
{
	//使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	//使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}

	//使用反向迭代器进行遍历再打印
	//vector<int>::reverse_iterator rit=v.begin();
	auto rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
	PrintVector(v);
}

1.3vector空间增长

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
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
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

演示：

//vector的resize和reserve
//resize(size_t n,const T& data = T() )
//将有效元素个数设置为n个，如果增多时，增多的元素使用data进行填充
//注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{
	vector<int> v;

	//set some initial contest
	for (int i = 0;i < 10;i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	v.resize(5);
	v.resize(8, 100);
	v.resize(12);
	cout << "v contains";
	for (size_t i = 0;i, v.size();i++)
	{
		cout << ' ' << v[i];
	}
	cout << "\n";
}


//测试vector的默认扩容机制
//vs :按照1.5倍方式扩容
//linux:按照2被的方式进行扩容
void TestVectorExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	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";
		}
	}
}


//往vector中插入元素时，如果大概已经知道要存放多少个元素
//可以通过reserve方法提前将容量设置好,避免边插入边扩容效率低
void TestVectorExpandOP()
{
	vector<int> v;
	size_t sz = v.capacity();
	v.reserve(100);//提前将容量设置好，可以避免一遍插入一边扩容
	cout << " making bar 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";
		}
	}
}

1.4vector增删查改

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

演示：

//vector的增删查改
//尾插和尾删：push_back/pop_back
void TestVector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	v.pop_back();
	v.pop_back();

	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

//任意位置插入:insert和erase,以及查找find
//注意find不是vector自身提供的方法,时STL提供的算法
void TestVector5()
{
	//使用列表方式初始化，C++11新语法
	vector<int> v{ 1,2,3,4 };

	//在指定位置前插入值为val的元素，比如3之前插入30，如果没有则不插入
	//1.先使用find查找3所在位置
	//注意vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局find
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		//2.在pos位置之前插入30
		v.insert(pos, 30);
	}

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	//删除pos位置的数据
	v.erase(pos);

	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

//operator[]+index和C++11中vector的新式for+auto的遍历
//vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。

void TestVector6()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4 };

	//通过[]读写第0个位置。
	v[0] = 10;
	cout << v[0] << endl;

	//1.使用for+[]下标方式遍历
	for (size_t i = 0;i < v.size();i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int> swapv;
	swapv.swap(v);

	cout << "v data:";
	for (size_t i = 0;i < v.size();i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//2.使用迭代器遍历
	cout << "swapv data:";
	auto it = swapv.begin();
	while (it != swapv.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}

	// 3. 使用范围for遍历
	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;
}

1.5vector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)。
说白了就是指针越界访问，只不过现在有了一层封装，让错误看起来更加不明显

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。
#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);
 
 /*
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，需给it重新赋值
 */
	 while(it != v.end())
	 {
	 	cout<< *it << " " ;
	 	++it;
	 }
	cout<<endl;
	return 0;
}
  1. 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
	//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。
	return 0;
 }
  1. linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不严格，处理没有vs下极端
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
	vector<int> v{1,2,3,4,5};
	for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	cout << v[i] << " ";
	cout << endl;
	auto it = v.begin();
	cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效 
	v.reserve(100);
	cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	
	// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
	// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
	while(it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
 }

// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
 	vector<int> v{1,2,3,4,5};
 	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
 	v.erase(it);
 	cout << *it << endl;
 	while(it != v.end())
 	{
 		cout << *it << " ";
 		++it;
 	}
 	cout << endl;
 	return 0;
}

// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
 	vector<int> v{1,2,3,4,5};
 	// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
 	auto it = v.begin();
 	while(it != v.end())
 	{
 		if(*it % 2 == 0)
 		v.erase(it);
 		++it;
 	}
 	for(auto e : v)
	{
    	cout << e << " ";
	}
 	cout << endl;
 	return 0;
}
  1. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#include <string>
void TestString()
{
	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;
	}
}

2.vector的一些笔试题

只出现一次的数字
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    int singleNumber(vector<int>& nums)
    {
        int ret=0;
        for(int i=0;i<nums.size();i++)
        {
            ret^=nums[i];
        }
        return ret;
    }
};

杨辉三角
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> generate(int numRows)
    {
        vector<vector<int>> vv(numRows);
        for(int i=0;i<vv.size();i++)
        {
            vv[i].resize(i+1,0);
            vv[i][0]=vv[i][vv[i].size()-1]=1;
        }
        for(int i=0;i<vv.size();i++)
        {
            for(int j=0;j<vv[i].size();j++)
            {
                if(vv[i][j]==0)
                {
                    vv[i][j]=vv[i-1][j-1]+vv[i-1][j];
                }
            }
        }
        return vv;
    }
};

删除有序数组中的重复项
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    int removeDuplicates(vector<int>& nums)
    {
        int size=nums.size();
        if(size==0)
        {
            return 0;
        }
        int slow=0;
        int fast=1;
        while(fast<size)
        {
            if(nums[slow]!=nums[fast])
            {
                nums[++slow]=nums[fast];
            }
            fast++;
        }
        return slow+1;
    }
};

只出现一次的数字 II
在这里插入图片描述

//找单生狗异或运算，本质上是所有二进制的每一位累加然后%2，然后这里有三个一样的就是%3
class Solution {
public:
    int singleNumber(vector<int>& nums) {
        int res = 0;
        for (int i = 0; i < 32; i++)
        { 
            int sum = 0;
            for (auto num : nums)
            {
                sum+=((num>>i)&1);
            }
            if (sum % 3 == 1)
            {
                res = res|(1 << i);
            }
        }
        return res;
    }
};

只出现一次的数字 III
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    vector<int> singleNumber(vector<int>& nums)
    {
        int gounp1=0;
        int gounp2=0;
        int diff=0;
        int bit=1;
        for(int num:nums)
        {
            diff^=num;
        }
        while((diff&bit)==0)
        {
            bit<<=1;
        }
        for(int num:nums)
        {
            if(num&bit)
            {
                gounp1^=num;
            }
            else
            {
                gounp2^=num;
            }
        }
        return vector<int> {gounp1,gounp2};
    }
};

数组中出现次数超过一半的数字
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    int MoreThanHalfNum_Solution(vector<int>& numbers)
    {
        int countA[10001]={0};
        for(auto a:numbers)
        {
            countA[a]++;
        }
        for(int i=0;i<10001;i++)
        {
            if(countA[i]>(numbers.size()/2))
            {
                return i;
            }
        }
        return -1;
    }
};

电话号码的字母组合
在这里插入图片描述

class Solution {
public:
    const char* NumsArr[10]={"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"};
    void Combine(const string& dights,int i,string str,vector<string>& v)
    {
        if(i==dights.size())
        {
            v.push_back(str);
            return;
        }
        int num=dights[i]-'0';
        string s=NumsArr[num];
        for(auto ch:s)
        {
            Combine(dights,i+1,str+ch,v);
        }
    }

    vector<string> letterCombinations(const string& digits)
    {
        vector<string> v;
        string str;
        if(digits.empty())
        {
            return v;
        }
        Combine(digits,0,str,v);
        return v;
    }
};

3.模拟实现vector

#pragma once
#include<assert.h>
namespace ljh
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		vector()
		{}

		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = 0;i < n;i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		vector(int n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);
			for (int i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		//v2(v1)
		vector(const vector<T>& v)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (auto& a : v)
			{
				push_back(a);
			}
		}

		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start,v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}

		//v1=v3
		vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
		{
			swap(tmp);
			return *this;
		}

		~vector()
		{
			delete[] _start;
			_start = nullptr;
			_finish = nullptr;
			_endofstorage = nullptr;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				T* tmp = new T[n];
				size_t sz = size();
				if (_start)
				{
				    //这里要一定要注意不能使用memcpy来拷贝，memcpy是浅拷贝
				    //拷贝的是内置类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
					for (size_t i = 0;i < sz;i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = tmp + sz;
				_endofstorage = tmp + n;
			}
		}

		void resize(size_t n, const T& val = T())
		{
			if (n <= size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					_finish++;
				}
			}
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}
			*_finish = x;
			_finish++;
		}

		void insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				//注意扩完容后pos不在是要插入pos,位置改变了,要更新pos
				size_t len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + len;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				end--;
			}
			*pos = x;
			++_finish;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);
			iterator it = pos + 1;
			while (it < _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				it++;
			}
			_finish--;
			return pos;
		}

		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}

		const T& operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < size());

			return _start[pos];
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _endofstorage = nullptr;
	};
}

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