文章目录
- 一、vector的使用介绍
- 1.1 vector的定义
- 1.2 vector iterator 的使用
- 1.3 vector 增删查改
- 二、vector 迭代器失效问题
- 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。
- 指定位置元素的删除操作-->erase
- Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
- 三、vector的接口使用
- 四、OJ练习
- 4.1 只出现一次的数字 I
- 4.2 杨辉三角
- 4.3 删除有序数组中的重复项
- 4.4 只出现一次的数字||
- 4.5 只出现一次的数字|||
- 4.6 数组中出现次数超过一半的数字
- 五、vector深度剖析及模拟实现
- 六、使用memcpy拷贝问题
- 七、std::vector的核心框架接口的模拟实现vector
一、vector的使用介绍
vector文档
1.1 vector的定义
1.2 vector iterator 的使用
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。
void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
std::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：运行结果：
vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
g++运行结果：
linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
1.3 vector 增删查改
二、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：
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。
void TestVector3() {
std::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;
}
指定位置元素的删除操作–>erase
void TestVector4() {
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
std::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
}
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。
void TestVector5() {
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
}
解决方法：需要下面这样写
void TestVector6() {
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
}
Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
- 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
auto it = v.begin();
cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
v.reserve(100);
cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
VS下执行：
Linux下执行：
- erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效，因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(it);
cout << *it << endl;
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
VS下执行：
Linux下执行：
- erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end，此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}
VS下执行：
使用第一组数据：
使用第二组数据：
Linux下执行：
使用第一组数据：
使用第二组数据：
从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。
- 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
int main() {
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;
}
cout << 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。
三、vector的接口使用
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
// vector的构造
int TestVector1()
{
// constructors used in the same order as described above:
vector<int> first; // empty vector of ints
vector<int> second(4, 100); // four ints with value 100
vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through second
vector<int> fourth(third); // a copy of third
// 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分
// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
int myints[] = { 16,2,77,29 };
vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
cout << "The contents of fifth are:";
for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
cout << ' ' << *it;
cout << '\n';
return 0;
}
// vector的迭代器
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 << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void TestVector2()
{
// 使用push_back插入4个数据
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 使用迭代器进行遍历打印
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();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
}
// 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;
// set some initial content:
for (int i = 1; i < 10; i++)
v.push_back(i);
v.resize(5);
v.resize(8, 100);
v.resize(12);
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';
}
}
}
// 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';
}
}
}
// 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);
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;
}
四、OJ练习
4.1 只出现一次的数字 I
136. 只出现一次的数字 - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:
int singleNumber(vector<int>& nums) {
int x = 0;
for (int i = 0; i < nums.size(); i++) {
x ^= nums[i];
}
return x;
}
};
4.2 杨辉三角
118. 杨辉三角 - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
vector<vector<int>> vv(numRows);
for (int i = 0; i < numRows; i++) {
vv[i].resize(i + 1, 1);
}
for (int i = 2; i < numRows; i++) {
for (int j = 1; j < i; j++) {
vv[i][j] = vv[i - 1][j - 1] + vv[i - 1][j];
}
}
return vv;
}
};
4.3 删除有序数组中的重复项
26. 删除有序数组中的重复项 - 力扣（LeetCode）
int removeDuplicates(int* nums, int numsSize) {
int src = 0, dest = src + 1;
while (dest < numsSize) {
if (nums[src] != nums[dest]) {
nums[++src] = nums[dest++];
} else
dest++;
}
return src + 1;
}
4.4 只出现一次的数字||
137. 只出现一次的数字 II - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:
int singleNumber(vector<int> &nums) {
int ans = 0;
for (int i = 0; i < 32; i++) {
int cnt1 = 0;
for (int x: nums) {
cnt1 += x >> i & 1;
}
ans |= cnt1 % 3 << i;
}
return ans;
}
};
4.5 只出现一次的数字|||
260. 只出现一次的数字 III - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:
vector<int> singleNumber(vector<int> &nums) {
unsigned int xor_all = 0;
for (int x: nums) {
xor_all ^= x;
}
int lowbit = xor_all & -xor_all;
vector<int> ans(2);
for (int x: nums) {
ans[(x & lowbit) != 0] ^= x; // 分组异或
}
return ans;
}
};
4.6 数组中出现次数超过一半的数字
数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网
class Solution {
public:
int MoreThanHalfNum_Solution(vector<int>& numbers) {
sort(numbers.begin(), numbers.end());
return numbers[numbers.size() / 2];
}
};
五、vector深度剖析及模拟实现
六、使用memcpy拷贝问题
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？
void TestVector7() {
lsl::vector<string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
v.push_back("4444");
v.push_back("5555");
}
其中reserve的实现：
void reserve(size_t n)
{
// 检查容量是否满
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t oldSize = size(); // 保存旧的数据
T* tmp = new T[n];
// 注意这里
if(_start)
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);
// 释放原来的空间
delete[] _start;
// 改变指针
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
问题分析：
- 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
- 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。
正确修改：
void reserve(size_t n)
{
// 检查容量是否满
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t oldSize = size(); // 保存旧的数据
T* tmp = new T[n];
// 不能使用memcpy，会造成浅拷贝
//if(_start)
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);
if (_start)
for (size_t i = 0; i < oldSize; i++)
tmp[i] = _start[i]; // 内置类型直接赋值，自定义类型调用它的赋值重载
// 释放原来的空间
delete[] _start;
// 改变指针
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
七、std::vector的核心框架接口的模拟实现vector
#pragma once
#include <iostream>
#include <stdlib.h>
#include <assert.h>
using namespace std;
namespace lsl
{
template<class T>
class vector {
// vector 的迭代器是原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
/// <summary>
/// 迭代器
/// </summary>
iterator begin() {
return _start;
}
iterator end() {
return _finish;
}
const_iterator begin() const {
return _start;
}
const_iterator end() const {
return _finish;
}
/// <summary>
/// 构造与析构
/// </summary>
vector()
{}
vector(size_t n, const T& val = T()) {
resize(n, val);
}
/*
* 理论上提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后
* vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了，但是对于：
* vector<int> v(10, 5);
* 编译器在编译时，认为T已经被实例化为int，而10和5编译器会默认其为int类型
* 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法，
* 最终选择的是：vector(InputIterator first, InputIterator last)
* 因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致，因此编译器就会将InputIterator实例化为int
* 但是10和5根本不是一个区间，编译时就报错了
* 故需要增加该构造方法
*/
vector(int n, const T& val = T()) {
resize(n, val);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) {
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(initializer_list<T> il) {
reserve(il.size());
for (auto& e : il)
push_back(e);
}
vector(const vector<T>& v) {
// 先开空间
reserve(v.capacity());
for (const auto& e : v)
push_back(e);
}
void Swap(vector<T>& v) {
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_start, v._start);
}
vector<T>& operator=(const vector<T> v) {
Swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start) {
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
}
/// <summary>
/// 容量相关
/// </summary>
size_t size() const {
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const {
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}
void reserve(size_t n)
{
// 检查容量是否满
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t oldSize = size(); // 保存旧的数据
T* tmp = new T[n];
// 不能使用memcpy，会造成浅拷贝
//if(_start)
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldSize);
if (_start)
for (size_t i = 0; i < oldSize; i++)
tmp[i] = _start[i]; // 内置类型直接赋值，自定义类型调用它的赋值重载
// 释放原来的空间
delete[] _start;
// 改变指针
_start = tmp;
_finish = _start + oldSize;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T()) {
// 如果比size()小直接改变_finish
if (n < size())
_finish = _start + n;
else {
// 扩容数据
reserve(n);
// 拷贝n个val
while (_finish != _start + n)
*_finish++ = val;
}
}
/// <summary>
/// 增删查改
/// </summary>
T& operator[](size_t i) {
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i) const {
assert(i < size());
return _start[i];
}
T& front()
{
return *_start;
}
const T& front()const
{
return *_start;
}
T& back()
{
return *(_finish - 1);
}
const T& back()const
{
return *(_finish - 1);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x) {
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 发生了扩容,会导致迭代器失效,需要重新更新一下pos
if (_finish == _end_of_storage) {
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish - 1;
while (it >= pos)
{
*(it + 1) = *it;
--it;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
// 返回删除数据的下一个数据，解决:一边遍历一边删除的迭代器失效问题
iterator erase(iterator pos) {
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
void push_back(const T& x) {
insert(end(), x);
}
//void push_back(const T& x) {
// if (_finish == _end_of_storage)
// reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
// *_finish++ = x;
//}
void pop_back() {
erase(end() - 1);
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _end_of_storage = nullptr;
};
}
