1. 前言

vector 是 C++ 标准模板库（STL）中最常用的动态数组容器之一。提供了一种灵活的方式来存储和管理元素，具备以下特点：

1. 可变大小数组：vector 是一种动态大小的数组容器，能够自动调整存储空间以适应元素增减。

2. 连续存储：元素在内存中采用连续存储方式，支持高效的随机访问，时间复杂度为 O(1)。

3. 动态分配：当新元素插入时，如果当前容量不足，vector 会分配一个更大的新数组，并将现有元素复制过去。虽然这个过程代价较高，但通过预留额外空间来减少频繁的重新分配。

4. 空间管理：不同实现可能采取不同的策略来平衡时间复杂度和空间使用，通常以对数增长的方式增加容量。

5. 操作效率：在末尾添加和删除元素的时间复杂度为 O(1)，而在中间或开头进行插入和删除则为 O(n)。

6. 迭代器优势：vector 的迭代器支持随机访问，提供了比其他序列容器（如 list 和 deque）更好的性能表现。

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2. 内存角度 理解

根据vector的文档介绍，我们知道：

vector是表示大小可变数组的序列容器；，本质是一个封装了动态分配数组的类

如何理解这个容器？

根据上图，vector申请的空间在堆上，并由标志位记录此时vector的总容量，当容量不够时根据规则进行扩容；

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3. vector的使用

定义 | 构造函数

构造函数声明	描述
vector()	无参构造函数
vector(size_type n, const value_type& val = value_type())	构造并初始化 n 个元素为 val
vector(const vector& x)	拷贝构造函数
vector(InputIterator first, InputIterator last)	使用迭代器范围进行初始化构造

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vector iterator

接口说明	描述
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

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vector 空间增长问题

接口说明	描述
size()	获取数据个数
capacity()	获取容量大小
empty()	判断是否为空
resize(size_type n)	改变 vector 的大小
reserve(size_type n)	改变 vector 的容量

• capacity() 接口 在 vs 和g++下分别运行会有以下结果：
  • vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。
  • 即capacity的增长倍数并非固定的，而是根据具体需求定义的
  • vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
• reserve只负责开辟空间，如果确定需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
• resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

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vector 增删查改

接口说明	描述
push_back(const value_type& val)	尾部插入元素 val
pop_back()	尾部删除最后一个元素
find	查找元素（算法模块实现，不是 vector 的成员接口）
insert(iterator position, const value_type& val)	在指定位置之前插入元素 val
erase(iterator position)	删除指定位置的元素
swap(vector& other)	交换两个 vector 的数据空间
operator[](size_type index)	像数组一样访问元素

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vector 迭代器失效

• 迭代器作为一种抽象数据类型，使算法在操作不同的数据结构时不必关心这些数据结构的具体实现；

• 对于vector的迭代器来说，其底层本质是对指针进行了封装（原生态指针T*）；因此对于迭代器失效，本质就是指针指向的空间被销毁了，因此指针失效了；

  • 使用被释放的空间，显然结果就是程序崩溃；
  • 即使用失效的迭代器，可能会导致程序崩溃

在使用 std::vector 时，有几种操作可能导致迭代器失效。下面是一些常见的情况及其代码示例：

1. 插入元素

当向 vector 中插入元素时，如果当前容量不足，vector 会重新分配内存，导致所有迭代器失效。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    auto it = vec.begin(); // 保存迭代器

    vec.push_back(4); // 可能导致迭代器失效

    // 使用失效的迭代器
    std::cout << *it << std::endl; // 未定义行为
    return 0;
}

2. 删除元素

删除元素会导致被删除元素后的所有元素的迭代器失效。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    auto it = vec.begin(); // 保存迭代器

    vec.erase(it); // 删除第一个元素，it 现在失效

    // 使用失效的迭代器
    std::cout << *it << std::endl; // 未定义行为
    return 0;
}

3. 清空容器

调用 clear() 方法将删除 vector 中的所有元素，使得所有指向这些元素的迭代器失效。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    auto it = vec.begin(); // 保存迭代器

    vec.clear(); // 清空容器，it 失效

    // 使用失效的迭代器
    std::cout << *it << std::endl; // 未定义行为
    return 0;
}

4. 重新分配

如果通过改变 vector 的大小（例如 resize）并增加容量，现有迭代器也会失效。

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    auto it = vec.begin(); // 保存迭代器

    vec.resize(5); // 可能导致迭代器失效

    // 使用失效的迭代器
    std::cout << *it << std::endl; // 未定义行为
    return 0;
}

避免迭代器失效的建议

• 重新获取迭代器：在进行插入或删除操作后，可以重新获取迭代器。
• 使用 reserve：如果知道 vector 将要存储的元素数量，可以提前调用 reserve 来避免多次内存分配。
• 使用范围for循环：尽量使用范围for循环来避免直接操作迭代器。

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4. 如何理解 二维动态vector

我们以一个杨辉三角的例子举例，如果想打印高度为n的杨辉三角，可以用二维的vector，比如下面的代码：

void printPascalsTriangle(int numRows) {
    // 创建一个二维向量来存储杨辉三角
    std::vector<std::vector<int>> triangle(numRows);

    // 构建杨辉三角的每一行
    for (int i = 0; i < numRows; ++i) {
        triangle[i].resize(i + 1); // 调整每一行的大小以容纳相应数量的元素
        triangle[i][0] = 1; // 每行的第一个元素设为 1
        triangle[i][i] = 1; // 每行的最后一个元素设为 1

        // 填充当前行的中间元素
        for (int j = 1; j < i; ++j) {
            triangle[i][j] = triangle[i - 1][j - 1] + triangle[i - 1][j]; // 根据杨辉三角性质计算
        }
    }

    // 打印杨辉三角
    for (const auto& row : triangle) {
        for (int num : row) {
            std::cout << num << " "; // 输出当前行的每个数字
        }
        std::cout << std::endl; // 换行
    }
}

在刚初始化二维数组时，是这样的：

再填入相关数据后，是这样的：

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5. 模拟实现 vector

👇 模拟实现部分在 👇

C++ vector类的模拟实现

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6. 相关文档

• 关于vector 的相关文档资料，可以参考下面的链接：
  • cppreference - vector
  • C++ Standard Library Documentation

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