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1.vector
1.1vector的介绍
cplusplus.com/reference/vector/vector/
1.2vector的使用
| (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 |
int test_vector()
{
//vectoe
vector<int>s1;
vector<int>s2(4, 100);//长度为4，值为100的数组
vector<int>s3(s2.begin(), s2.end());
vector<int>s4(s2);//拷贝构造
int myints[] = { 16,2,77,29 };
vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));//与s3类似
//迭代器
cout << "The contents of fifth are:";
for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
cout << ' ' << *it;
cout << '\n';
return 0;
}
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 << endl;
it++;
}
}1.2 vector iterator 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 |
注意:rbegin +rend(反向迭代器)指向最后一个数据，每次++,获取前一个位置
void TestVector2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
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.rbegin();
auto rit = v.rbegin();//反向迭代器，每次++，往头部走
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
}1.3 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 |
1.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。
2.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。
3.resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
// vector的resize 和 reserve
// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，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;
for (int i = 1; i < 10; i++)
v.push_back(i);
v.resize(5);//会删除多余的元素
v.resize(8, 100);//有元素的位置不会改变，空间不够时，会开辟空间，值为100
v.resize(12);//开空间值为0;
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倍方式扩容
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';
}
}
}// vs: 1 2 3 4 6 9 13 19 28 42 63 94 141
// 往vecotr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遍扩容
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';
}
}
}1.4 vector 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 |
// vector的增删改查
// 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，是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+[]小标方式遍历
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
vector<int> swapv;
swapv.swap(v);//交换数据
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;
}1.5 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)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：
1.5.1 会引起其底层空间改变的操作
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。
- 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
- 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
- vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
为了防止这样的状况，通常会在后续使用前重新赋值it
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);
/*
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。
*/
while(it != v.end())
{
cout<< *it << " " ;
++it;
} c
out<<endl;
return 0;
}1.5.2 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
return 0;
}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
1.5.3 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;
} c
out << 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;
}
}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的模拟实现
2.1 vector.h
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<vector>
using namespace std;
namespace sui {
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* iterator_const;
iterator begin();
iterator end();
iterator_const cbegin();
iterator_const cned() const;
vector();
void reserve(size_t n);
size_t size()const;
size_t capacity()const;
bool empty();
void push_back(const T& X);
void clear();
void pop_back();
void swap(vector<T>& v);
~vector();
T& operator[](size_t pos);
const T& operator[](size_t pos) const ;
iterator insert(iterator pos, const T& x);
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
};2.1.1 Init(初始化)
vector() {
_start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;我们可以通过初始化函数或者在成员中初始化
2.1.2 reserve
因为开辟空间会导致原有空间的摧毁，导致存放size的数据丢失，所以创建old_size保存size的值
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
//从某个数组，_start位置，复制sizeof(T)个字节
memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
delete[] _start;//会导致原size丢失，所以先保存原本的size，然后赋值
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}2.1.3 size和capacity(指针相减)
size_t size()const {
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const {
return _end_of_storage - _start;
}2.1.4 empty
bool empty() {
return _start == _finish;
}2.1.5 push_back()
void push_back(const T& X) {
if (_finish == capacity) {
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = X;
++_finish;
}2.1.6 clear()
void clear()
{
_finish = _start;
}2.1.7 pop_back()
void pop_back() {
assert(! empty());
_finish--;
}2.1.8 swap
利用库中的swap函数
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}2.1.9 ~析构
需要判断是否为NULL.
~vector() {
//判断是否为NULL;
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}2.1.10 []下标访问
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const {
assert(pos < size());
return _start[pos];
}2.1.11 insert(目标位置插入)
需要向后插入
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
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;
return pos;
}2.1.12 begin+end
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
iterator_const cbegin()
{
return _start;
}
iterator_const cned() const
{
return _finish;
}2.2 vector模拟实现的整体代码
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<vector>
using namespace std;
namespace sui {
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* iterator_const;
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
iterator_const cbegin()
{
return _start;
}
iterator_const cned() const
{
return _finish;
}
vector() {
_start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
}
void reserve(size_t n) {
if (n > capacity()) {
size_t old_size = size();
T* tmp = new T[n];
//从某个数组，_start位置，复制sizeof(T)个字节
memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));
delete[] _start;//会导致原size丢失，所以先保存原本的size，然后赋值
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_end_of_storage = tmp + n;
}
}
size_t size()const {
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const {
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty() {
return _start == _finish;
}
void push_back(const T& X) {
if (_finish == capacity) {
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = X;
++_finish;
}
void clear()
{
_finish = _start;
}
void pop_back() {
assert(! empty());
_finish--;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
~vector() {
//判断是否为NULL;
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const {
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
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;
return pos;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
};
