Ciallo～(∠・ω< )⌒☆ ~ 今天，我将继续和大家一起学习C++基础篇第六章----vector类 ~
目录
一 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 的使用
1.2.3 vector 空间增长问题
1.2.4 vector 增删查改
二 vector模拟实现
2.1 基础结构
2.2 接口
2.2.1 一些简单接口
2.2.2 push_back & pop_back & reserve
2.2.3 insert & erase
2.2.4 默认构造 & 析构
2.2.5 拷贝构造 & 赋值
编辑
2.3 迭代器
2.4 打印类
三 vector 迭代器失效问题
3.1 野指针
3.2 位置意义改变
一 vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
- vector是表示大小可以变化的数组的序列容器。（顺序表）
- 就像数组一样，vector对其元素使用连续的存储位置，这意味着也可以使用指向其首元素指针上偏移量来访问其元素，并且与在数组中一样有效。但与数组不同的是，它们的大小可以动态变化，容器会自动处理它们的存储。
1.2 vector的使用
1.2.1 vector的定义
| 构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| vector(); | 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); | 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 的使用
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| begin() | 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator |
| end() | 获取最后一个数据的下 一个位置的iterator/const_iterator |
| rbegin() | 获取最后一个数据位置的reverse_iterator |
| rend() | 获取第一个数据前一个位置 的reverse_iterator |
和string相同的三种遍历方法~：
void test_Vector()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2(10, 1);
vector<int> v3(++v2.begin(), --v2.end());
for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
{
cout << v3[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v3)
{
cout << e << " ";
}
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 | 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。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。(至少开n，可以开的比n大。)
- 若reserve开的空间比capacity小，string可能缩容可能不缩容，但至少比size大，而vector不会缩容。
- resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size，若比原size小，会删数据，若比capacity大会扩容。
1.2.4 vector 增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 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[] / at | 像数组一样访问 |
| clear | 清空 |
| front / back | 获取首末元素 |
注意：vector没有流插入流提取。
Q:能否用vector<char>代替string~
A:不行~ string末尾带 ‘ /0 ’,string还有编码和初始化等的需求~
二 vector模拟实现
2.1 基础结构
namespace zmcl
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}2.2 接口
2.2.1 一些简单接口
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
void clear() // 清空
{
_finish = _start;
}
T& operator[](size_t n)
{
assert(n < size());
return _start[n];
}
const T& operator[](size_t n) const
{
assert(n < size());
return _start[n];
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}2.2.2 push_back & pop_back & reserve
void push_back(const T& x) //x可能是int char vector<int>...
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
*_finish = x;
++_finish;
}void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
// 需记录原size，指向新空间后size会变~
size_t oldsize = size();
// 创建并拷贝
T* tmp = new T[n];
// 如用memcpy拷贝一些自定义类型会出现浅拷贝问题
//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) //需要一个个深拷贝
{
tmp[i] = _start[i];
}
// 释放旧空间，指向新空间~
delete[] _start;
_start = tmp;
// 改变量~
_finish = tmp + oldsize;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}2.2.3 insert & erase
首先先来看一个错误代码~
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos) // 挨个往后挪
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}以上代码问题是如需要扩容，迭代器pos的位置就会失效，留在原先被释放的vector中~故须在扩容时记录pos的相对位置：
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;
}erase实现~ pos后的挨个往前挪~
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != end())
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
}2.2.4 默认构造 & 析构
vector()
{}
//C++11 强制生成默认构造
vector() = default;// 也可以这样写~
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}迭代器构造：
// 类模板的成员函数，还可以继续是函数模版
template<class InputIterator> // 写成模板就可以传任意类型的迭代器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)// 像链表之类的就不能用 first < last
{
push_back(*first);
++first;
}
}
// 用处
vector<int> v1(v.begin() + 1, v.end() - 1);//不要v首尾的构造n个val构造：
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}注意：若用10个1之类的构造情况需要加u指定或再增加一个构造，否则编译器会调迭代器构造。
vector<int> v(10u, 1);vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}2.2.5 拷贝构造 & 赋值
不写拷贝构造的情况下，编译器只会浅拷贝，后续操作就会出问题，所以需要手写深拷贝。
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());// 先开好空间
for (auto& e : v)
{
push_back(e);// 一个个深拷贝
}
}赋值~:
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
if(this != &v)
{
clear();
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}也可以使用更方便的现代写法 :D
vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{
swap(v);
return *this;
}2.3 迭代器
两组begin & end~
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}2.4 打印类
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
// 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分
// 这里const_iterator是类型还是静态成员变量，要加typename
typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}推广一下~ 可以变成：
template<class Container>
void print_container(const Container& v)
{
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}三 vector 迭代器失效问题
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)。
3.1 野指针
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。（如上 2.2.3 insert的实现）
再举几个例子~
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);
return 0;
}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。
解决方式就是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。
3.2 位置意义改变
下程序本意是再2位置插入20，并将2乘10，而在insert后原来指向2的迭代器指向了20，意义改变了，导致程序崩溃。vs下会强制检查，而Linux下不会直接崩溃。
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
int x;
cin >> x; // 2
auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
if (p != v.end())
{
v.insert(p, 20); // 1 20 2 3 4 5 6
(*p) *= 10; // 程序崩溃
}
return 0;
}指定位置元素的删除操作--erase的迭代器失效：
以下是一个删除所有偶数的函数
void test_class_vector()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
print_vector(v);
// 删除所有偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
++it;
}
print_vector(v);
}此函数vs下若用库中的vector会直接报错，若用自己实现的则会有不同结果。g++中也会有不同结果，但不会强制检查。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。故erase后必须更新迭代器才能继续使用。
正确代码：~
void test_class_vector()
{
std::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
print_container(v);
// 删除所有偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it); // erase返回下一个迭代器
}
else
{
++it;
}
}
print_container(v);
}~完~
