C++基础知识6 vector

news2024/11/13 1:41:14

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 的使用
      • 1.2.3 vector 常用的接口
      • 1.2.4 vector 空间增长问题
      • 1.2.4 vector 迭代器失效问题。（重点）
  • 2.vector模拟实现

1.vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

vector的文档介绍
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

vector的构造代码演示
在这里插入图片描述

1.2.2 vector iterator 的使用

在这里插入图片描述

1.2.3 vector 常用的接口

在这里插入图片描述

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
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

这些接口使用并不算困难，关键是我们能不能自己造轮子

1.2.4 vector 空间增长问题

测试vector的默认扩容机制

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
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';
		}
	}
}

int main()
{
	TestVectorExpand();
	return 0;
}

在这里插入图片描述

如果已经知道了所需空间大小，可以提前开好空间避免频繁扩容

void TestVectorExpandRe()
{
	vector<int> v;
	cout << "making v grow:\n";
	size_t sz = 100;
	v.reserve(100);
	bool change = false;
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			change = true;
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
	if (!change)
	{
		cout << "Not change" << endl;
	}
}

在这里插入图片描述

1.2.4 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。

在这里插入图片描述

it一开始指向的空间已经被销毁了，程序会崩。及时更新迭代器

    1. 指定位置元素的删除操作–erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
 vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
 auto it = v.begin();
 while (it != v.end())
 {
 if (*it % 2 == 0)
 v.erase(it);
 ++it;
 }
    
 return 0;
}

这段代码会很好解释为什么删除也会有迭代器失效的问题
![在这里插入图片描述](https://i-blog.csdnimg.cn/direct/b1ecb593f881418780c3cf5a1d2f6ec9.pn
我们期望指向2的lterator指向了3，迭代器失效了它的指向不符合我们的预期

2.vector模拟实现

std::vector的核心框架接口的模拟实现bit::vector

实现代码

#pragma once
#include<assert.h>
#include<list>
#include<string>

namespace Yusei
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		// C++11 前置生成默认构造
		vector() = default;//默认构造函数走初始化列表，成员变量声明了缺省值

		vector(const vector<T>& v)//拷贝构造
		{
			reserve(v.size());
			for (auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		// 类模板的成员函数，还可以继续是函数模版
		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);
			}
		}

		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}

		// v1 = v3
		vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		{
			if (this != &v)
			{
				clear();

				reserve(v.size());
				for (auto& e : v)
				{
					push_back(e);
				}
			}

			return *this;
		}

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

		// v1 = v3
		//vector& operator=(vector v)
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
			swap(v);

			return *this;
		}

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

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity)
			{
				size_t oldsize = size();
				iterator tmp = new iterator[n];
				for (size_t i=0;i<oldsize;i++)
				{
					tmp[i] = _start[i];
				}
				delete[]_start;
				_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
				_start = tmp;
				_finish = tmp + oldsize;
				_end_of_storage = tmp + n;
			}
		}

		void resize(size_t n, T val = T())
		{
			if (n < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				for (size_t i = size(); i < n; i++)
				{
					_start[i] = val;
				}

			}
		}

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

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

		bool empty() const
		{
			return _start == _finish;
		}

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

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		void pop_back()
		{
			assert(!empty());
			--_finish;
		}

		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos <= _finish);

			// 扩容
			if (_finish == _end_of_storage)
			{
				size_t len = _finish - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
				pos = _start + len;
			}

			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;

			++_finish;

			return pos;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start);
			assert(pos < _finish);

			iterator it = pos + 1;
			while (it != end())
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}

			--_finish;
			return pos;
		}

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

			return _start[i];
		}

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

			return _start[i];
		}

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

测试代码

#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include"vector.h"
#include<iostream>
using namespace Yusei;
using std::endl;
using std::cout;
using std::cin;
using std::string;
using std::list;
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
	//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

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;
}

void test_vector1()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

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

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

	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	print_vector(v);

	vector<double> vd;
	vd.push_back(1.1);
	vd.push_back(2.1);
	vd.push_back(3.1);
	vd.push_back(4.1);
	vd.push_back(5.1);

	print_vector(vd);
}

void test_vector2()
{
	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);

	/*v.insert(v.begin() + 2, 30);
	print_vector(v);*/

	int x;
	cin >> x;
	auto p = find(v.begin(), v.end(), x);
	if (p != v.end())
	{
		// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值
		/*v.insert(p, 20);
		(*p) *= 10;*/

		p = v.insert(p, 40);
		(*(p + 1)) *= 10;
	}
	print_container(v);
}

void test_vector3()
{
	std::vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	print_container(v);

	// 删除所有的偶数
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			it = v.erase(it);
		}
		else
		{
			++it;
		}
	}

	print_container(v);
}

void test_vector4()
{
	int i = int();
	int j = int(1);
	int k(2);

	vector<int> v;
	v.resize(10, 1);
	v.reserve(20);

	print_container(v);
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	v.resize(15, 2);
	print_container(v);

	v.resize(25, 3);
	print_container(v);

	v.resize(5);
	print_container(v);
}

void test_vector5()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	print_container(v1);

	vector<int> v2 = v1;
	print_container(v2);

	vector<int> v3;
	v3.push_back(10);
	v3.push_back(20);
	v3.push_back(30);

	v1 = v3;
	print_container(v1);
	print_container(v3);
}

void test_vector6()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(4);

	vector<int> v2(v1.begin(), v1.begin() + 3);
	print_container(v1);
	print_container(v2);

	list<int> lt;
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(10);
	lt.push_back(10);
	vector<int> v3(lt.begin(), lt.end());
	print_container(lt);
	print_container(v2);

	vector<string> v4(10, "1111111");
	print_container(v4);

	vector<int> v5(10);
	print_container(v5);

	vector<int> v6((size_t)10, 1);
	print_container(v6);

	vector<int> v7(10, 1);
	print_container(v7);
}

void test_vector7()
{
	vector<string> v;
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	v.push_back("11111111111111111111");
	print_container(v);

	v.push_back("11111111111111111111");
	print_container(v);
}

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