vector容器（详解）

本文最后是模拟实现全部讲解，文章穿插有彩色字体，是我总结的技巧和关键

1.vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

https://cplusplus.com/reference/vector/vector/（vector的介绍）

了解

1. vector是表示可变大小数组的序列容器。

2. 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标方括号[]对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。

3. 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。

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：https://cplusplus.com/reference/vector/vector，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

1.2.2 vector iterator 的使用

1.2.3 vector 空间增长问题

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。resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVector()
{
 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';
 }
 }
}

1.2.3 vector 增删查改

1.2.4 vector 迭代器失效问题。（重点）

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

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。

#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);
 
 /*
 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;
 }
 cout<<endl;
 return 0;
}

结论：insert和erase形参pos都可能会失效（就当他失效了），所以原则上insert和erase过的迭代器不要使用

我们发现库里边的erase返回值是一个迭代器，将返回值拷贝给外部定义的it可以保证迭代器不失效，为什么会有失效的可能性呢？-》删除数据后可能会异地缩容，返回的pos指针依旧指向被释放过的区域，一定是不对的

比如下边的我们调用库里边的vector，erase后没有给迭代器赋值，出现了报错

		// 迭代器失效
	void test_vector6()
	{
		std::vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);
        v.push_back(6);
	

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

		// 要求删除所有的偶数
		std::vector<int>::iterator it = v.begin();
		while (it != v.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
			 v.erase(it);
			}
			else
			{
				++it;
			}
		}

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

当我们将迭代器赋值过后，就顺利运行了

insert后迭代器失效和erase是一个道理，就不再赘述了。

就记住insert/erase后的迭代器重新赋值后再用

2.vector深度剖析及模拟实现

使用memcpy拷贝问题(memmove同理，要将模拟实现里用到这两个浅拷贝的都换成赋值拷贝，因为自定义类型使用这两个函数会浅拷贝，要赋值拷贝-》深拷贝才能防止同一块空间析构两次的风险)

假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？

int main()
{
 bite::vector<bite::string> v;
 v.push_back("1111");
 v.push_back("2222");
 v.push_back("3333");
 return 0;
}

问题分析：

1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中

2. 如果拷贝的是自定义类型的元素，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

结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。（要调用赋值拷贝深拷贝）

动态二维数组理解

这里力扣有一道题，可以搜一下杨辉三角，就是用vector写的

// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5
void test2vector(size_t n)
{
 // 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>

vector<vector<int>> vv(n);
 
 // 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1
 for (size_t i = 0; i < n; ++i)
 vv[i].resize(i + 1, 1);
 // 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值
 for (int i = 2; i < n; ++i)
 {
 for (int j = 1; j < i; ++j)
 {
 vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
 }
 }
}

vector<vector<int>> vv(n);

构造一个vv动态二维数组，vv中总共有n个元素，每个元素都是vector类型的，每行没有包含任何元素，如果n为5时如下所示：

vv中元素填充完成之后，如下图所示：

vector模拟实现全部代码

vector.h

#include<assert.h>

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

		vector()
		{
		}

		/*vector(const vector<T>& v)
		{
			_start = new T[v.capacity()];
			memcpy(_start, v._start, v.size()* sizeof(T));
			_finish = _start + v.size();
			_endofstorage = _start + v.capacity();
		}*/

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

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

		vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

		vector(int n, const T& val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

		// 21:06
		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> v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

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

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		// 20: 10继续
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t old = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					//memcpy(tmp, _start, old * sizeof(T));
					for (size_t i = 0; i < old; i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}

					delete[] _start;
				}

				_start = tmp;
				_finish = _start + old;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

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

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

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		void pop_back()
		{
			assert(size() > 0);
			--_finish;
		}

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

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				pos = _start + len;//这里发生内部的迭代器失效，需要重新赋值
			}

			//memmove(pos + 1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));
			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 < _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			_finish--;

			return pos;
		}

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

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

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

			return _start[pos];
		}

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

			return _start[pos];
		}

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

	void print_vector(const vector<int>& v)
	{
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

}

test.cpp

#include<iostream>
using namespace std;
#include<string>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<list>
#include"vector.h"

namespace jzy
{
	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(4);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);

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

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

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

		v.insert(v.begin(), 100);
		print_vector(v);

		v.insert(v.begin(), 100);
		print_vector(v);

		int i = 0;
		int j = int();
		int k = int(10);
	}

	void test_vector2()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);

		vector<int> v1 = v;

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

		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		vector<int> v2;
		v2.push_back(11);
		v2.push_back(21);
		v2.push_back(31);
		v2.push_back(411);
		v2.push_back(41);
		v2.push_back(41);

		v1 = v2;
		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		for (auto e : v2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}


	void test_vector3()
	{
		vector<int> v;
		v.reserve(10);
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);
		v.push_back(6);

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

		v.resize(8);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.resize(15, 1);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.resize(3);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}


	void test_vector4()
	{
		vector<string> v;
		v.reserve(10);
		v.push_back("xxxx");
		v.push_back("xxxx");
		v.push_back("xxxx");
		v.push_back("xxxx");
		v.push_back("xxxx");
		v.push_back("xxxx");

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

		v.resize(8);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.resize(15, "yyyy");
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.resize(3);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void test_vector5()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);
		v.push_back(6);

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

		v.erase(v.begin() + 3);

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

	// 迭代器失效
	void test_vector6()
	{
		std::vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);
		v.push_back(4);
		v.push_back(6);


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

		// 要求删除所有的偶数
		std::vector<int>::iterator it = v.begin();
		while (it != v.end())
		{
			if (*it % 2 == 0)
			{
				it = v.erase(it);
			}
			else
			{
				++it;
			}
		}

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

	void test_vector7()
	{
		vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);
		v.push_back(6);
		v.push_back(7);
		v.push_back(8);
		v.push_back(9);

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


		vector<string> vstr;
		vstr.push_back("1111");
		vstr.push_back("1111");
		vstr.push_back("1111");
		vstr.push_back("1111");
		vstr.push_back("1111");

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

	void test_vector8()
	{
		/*vector<int> v1;
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(2);
		v1.push_back(3);
		v1.push_back(4);
		v1.push_back(5);

		vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());
		for (auto e : v2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		list<int> lt;
		lt.push_back(10);
		lt.push_back(20);
		lt.push_back(30);
		lt.push_back(40);
		vector<int> v3(lt.begin(), lt.end());
		for (auto e : v3)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		int a[] = { 100, 200, 300 };
		vector<int> v4(a, a+3);
		for (auto e : v4)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;*/
	}

	void test_vector9()
	{
		vector<string> v1(5, "1111");
		for (auto e : v1)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		vector<int> v2(5, 1);
		for (auto e : v2)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

int main()
{
	jzy::test_vector6();
	
	return 0;
}

3.vector oj题

136. 只出现一次的数字 - 力扣（LeetCode）

118. 杨辉三角 - 力扣（LeetCode）

26. 删除有序数组中的重复项 - 力扣（LeetCode）

137. 只出现一次的数字 II - 力扣（LeetCode）

260. 只出现一次的数字 III - 力扣（LeetCode）

数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网

17. 电话号码的字母组合 - 力扣（LeetCode）

vector模拟实现过程详解

这里迭代器很简单，就是将类型重命名为iterator

const迭代器命名为const T*，意思是指针指向的对象不可修改

无参构造函数很简单，c++11缺省值，初始化列表会用声明处的缺省值，这三个指针为空就够了（vector底层就是三个指针维护的，起始指针_start,有效字符结尾_finish,容量结尾_endofstorage）

拷贝构造，直接reserve扩容开空间，然后用范围for将v1的内容给给e，再尾插到v2，完成拷贝构造

用区间构造，类型比较长是为了和库里边一样，当迭代器指针不指向有效数据的下一个，尾插，迭代器++，完成构造

用n个val构造，不传val是会初始化为默认构造

这里是防止调用歧义，当用n个整数初始化vector时，可能会调用迭代器区间构造，这个是为了防止调用歧义

交换逻辑，和string一样，交换内置类型

赋值拷贝，v3先拷贝构造一个v，用v和v1交换三个指针，v1维护的就是v3的值，而且局部对象出作用域会调用析构，将v析构，刚好只剩v1和v3

析构函数，当指针指向非空，释放空间并且置空

迭代器和const迭代器，很简单，非const类型调用非const，返回非const可修改，const类型调用const迭代器，返回const对象，不可修改

reserve扩容逻辑，参数是要扩容的大小，只扩容不缩容。

要定义一个old保存旧size（）是为了后边赋值会改变_start,size()两个随机地址相减肯定错，申请新空间，当原数组非空的时候，将旧空间的数据（自定义类型赋值拷贝）拷贝到新空间，并且释放旧空间（如果是自定义类型会调用它的析构），最后赋值新的_start,_finish,和_endofstorage（注意这个要深拷贝，防止同一块空间析构两次）

只给数字，val是默认构造，也可以给数字和初始值

如果n大于size和capacity，扩容+尾插

如果n大于size，小于capacity，只尾插不扩容

如果n小于size，会将_finish设置为有效数据个数，不扩容

尾插，检查扩容+尾插

尾删，检查size大于0，--finish

插入逻辑是先让end指向最后一个数据的前一个，从右向左依次向后挪动数据，直到pos位置结束，然后再插入，尾插直接不会进入循环

插入，检查扩容（如果扩容会开辟新空间，pos指向原来空间，需要重新赋值防止迭代器失效），下边就是正常的挪动数据逻辑并且插入（不能用memmove因为会浅拷贝，造成两次析构同一块空间，要赋值拷贝进行深拷贝才行）

删除，因为_finish下标是有效数据的下一个，所以删除不能pos等于finish，定义it是要删除的下一个，删除是挪动覆盖，it++直到finish结束

size和capacity都很简单，size是有效数据个数，结尾指针减去起始指针

capacity是容量，容量指针减去起始指针

要断言检查越界，非const调用非const，返回可修改的引用，const调用const，返回const&不可修改

对应测试样例

可以看到尾插+扩容，并且插入迭代器位置和数字，插入结果也很清楚

拷贝构造和赋值拷贝，结果跟我们预料的一样

可以看到，正常打印的结果

当resize的值大于size小于capacity时，只尾插不扩容

大于capacity时，扩容+尾插

小于size，删除数据，容量不变

这个和上边差不多，无非存储的数据换成string，（注意，string默认构造是空串，没有传参数时是构造空串）

删除很简单，就是删除某个位置的元素，传对应的指针过去

迭代器失效，很简单，记住insert或者erase后的迭代器记得接收一下就行

这是很常规的尾插数字和字符串，注意尾插字符串时会先构造一个临时string对象，然后赋值拷贝给vector对应位置的string对象

典型的用迭代器区间构造，不管是vector，list，还是原生数组指针都可以构造

用数字和参数构造，不传参默认是这个类型的默认构造，比如string、默认构造是空字符串，int默认构造是0