vector常用的接口和底层

一.vector的构造函数

我们都是只讲常用的。

这四个都是比较常用的。

第一个简单来看就是无参构造，是通过一个无参的对象来对我们的对象进行初始化的，第一个我们常用来当无参构造来使用。

第二个我们常用的就是通过多个相同的数字来初始化一个vector。

像这样。

第三个的主要用途就是我们下图的形式。

它会通过从头遍历到结束来初始化我们的vector。

第四个毫无疑问就是通过另外一个vector对象来初始化我们的对象。

二.push_back

这个就是用来插入数据的。

就是在v1的尾部插入1和2，这些都很简单。

三.reserve

我们来探究一下它的扩容机制吧，看看和string的是否相同。

还是1.5倍的扩容机制，reserve就是预留一个空间，减少扩容次数。

剩下这些方法都和string都是相同的，大家感兴趣了可以自己尝试谢谢。

四.vector<vector<T>>

接下来我们用一个例题来讲解一下这个不好理解的知识点，同时也是非常重要的，话不多说，我们直接上题。

想必杨辉三角这道题大家非常的熟悉，但是我们用c语言写会变得非常麻烦，我们可以看一下力扣给的c语言的函数就知道了。

numRows：类型为 int ，用于指定要生成的杨辉三角的行数。它明确了程序需要生成的杨辉三角规模大小，是后续内存分配、元素计算等操作的基础。比如传入 5 ，就表示要生成杨辉三角的前 5 行。
returnSize：类型为 int* ，是一个指针，用于返回实际生成的杨辉三角的行数。在函数内部，通常会将之前传入的 numRows 值赋给这个指针所指向的内存空间，以此告知调用者函数实际生成了多少行杨辉三角数据。例如函数执行完，*returnSize 的值就是实际生成的行数，方便调用者后续处理返回结果。
returnColumnSizes：类型为 int** ，是一个二级指针。它用于返回杨辉三角每一行的列数信息。因为杨辉三角每一行的元素个数不同，通过这个二级指针，函数可以将每一行对应的列数存储起来并返回给调用者。比如 returnColumnSizes[0] 指向的内存空间存储第 0 行的列数，returnColumnSizes[1] 指向的内存空间存储第 1 行的列数，以此类推，方便调用者准确获取每一行的元素数量，正确解析返回的杨辉三角数据。

况且我们的二维数组的初始化也不支持用变量初始化，导致我们需要动态开辟内存，这是非常麻烦的。

但是如果我们使用cpp的vector<vector<T>>这些难点都会迎刃而解了。

我们先来看一下这个的原理。

我们看一下这个，需要从下往上看，一层套着一层，通过函数模板给它分配类型。

你可以理解为第一层就是指向这三个对象的指针，和二位数组很像，第一层就是通过这个vector<int>*类型的指针，来找到我们需要访问到的对象，然后再对其进行操作。

我们的这个也是可以通过[][]的形式访问的，但是和二维数组不同，静态二维数组的底层还是一维数组，

它就是通过下面的那个公式进行解引用来访问的，但是我们的vector则不是，我们的这个是通过调用两次函数来访问的，其实底层原理还是指针。

调用原理就是我们这个图中浅蓝色的代码，先通过下面的第一层找到并返回我们需要的vector对象，然后再通过这个对象再次调用[]这个运算符再返回我们所要的数据。

这就是我们c++来解决这个问题的代码了，就是先创建一个类似二维数组的一个vv对象，然后通过空参构造初始化一下，最后通过resize先把全部的数据初始化为，然后再按照正常的步骤做就行了，只需要传一个参数，更加的简单易懂。

五.insert

只讲一个用法，就是通过迭代器插入。

一个表示在头进行插入，一个表示在3的位置插入。

六.vector<char>

现在看着代码我们有一个问题，我们能否用这个vector<char>来代替string呢？

答案是肯定不能的。

vector<char>结尾是没有\0的不能兼容c语言，但是string是有\0的，可以兼容c语言。

这就是它们最大的区别。

七.reverse

这个是逆置函数，我们来看一下它的底层。

看到这个代码，我们有一个问题，我们能否把while循环中的条件改为last>first呢？

肯定是不行的，如果是顺序表，空间是连续的还可以，但是如果是链表呢，指针的比较实质上是地址大小的比较，链表的地址并不连续，后面的地址不一定比前面大，所以是不行的。

为什么是first！=--last呢？

我们看下面这个图就可以理解了。

last指向最后一个的下一个位置。

八.vector<string>

你可以理解为底层就是一个指针指向这七个string类型的空间，类似于数组，我们用空参构造初始化了这七个，然后通过append函数来给第二个，下标为1的string对象赋值。

底层就是string* 的指针。

我们来分析一下它的范围for。

如果我们用正常的范围for，它每次都需要经过深拷贝给e，代价太大了，我们该如何解决这个问题呢？

我们可以这样，使用引用，就减少了深拷贝，提高了效率。

九.底层原理的实现

9.1 构造函数和成员变量

下面我们来实现一下。

它的底层和string是有区别的，vector的底层是通过三个迭代器来完成的。

就是这样完成的，这是三个成员变量。

下面我们来写一下构造和析构函数。

因为三个指针都指向同一块空间，所以只需要delete _start即可，构造就是把这三个成员变量全部置为空。

这样我们就完成了简单的前期工作了。

9.2 size（）和capacity（）

因为vector和string底层的不同，我们这里并没有直接用两个变量来存放size和capacity，而是使用了两个函数来完成，大小和空间大小的获取。

_start永远指向首位置，_finish指向_start+size()的位置，_end指向_start+capacity（）的位置，所以我们可以通过指针的相减，直接获得元素的个数和空间的大小，这两个函数也是很好理解的。

9.3 reserve（）

这个函数和string的一样，主要作用就是扩容的。

就是这样完成的，通过开辟一块新的空间让tmp指向它，然后再将旧空间的内容拷贝过来，最后释放旧空间指向新空间即可，我们来解释一下这个oldsize的作用，如果没有oldsize的话，因为我们的这三个指针开始均为空，地址为0x000000，当我们的_start指向新的地址之后，它的地址就会改变（假设为0x000100），此时如果我们让_finish=_start+size()的话，因为这里的_start的地址是0x000100，此时相减之后，size（）就会是100，此时和我们的原来的大小大概率是不相同的，此时就会出错了。

就是这个样子。

这样子这个函数就完成了。

9.4 push_back（）

这个函数就简单了，如果空间不够就扩容就行了，然后通过指针的解引用给指向的空间赋值即可，很简单的函数。

9.5 begin（）和end（）

这两个函数是实现范围for的必要函数，实现起来也很简单。

就是这样的，很简单。

9.6 operator[]

想要像数组一样访问元素，这个[]运算符是必不可少的。

就是这样简单的实现。

我们先来测试一下我们写的代码。

我们发现是符合我们的预期的。

9.7 pop_back

这个函数的作用就是尾删元素的，直接对_finish--就可以了，让访问不到就行，不用把空间释放了。

9.8 insert

这个是通过迭代器版本的插入，这个用的是比较多的，想在哪里插入，直接让迭代器加上距离就行了，我们来看一下下面的代码。

我们发现此时出现了问题，我们把它称为迭代器的失效，我们来研究一下为什么会失效呢？

我们在插入四个数据之后，此时通过insert插入的第五个数据，此时就要扩容了，应该是这里出现了问题，我们来分析一下。

这是扩容前的场景，我们再来看一下扩容之后的情景吧。

扩容之后，你的it还是指向原来的空间，但是你的_start还是指向原来的旧空间，此时_finish和it就不在同一块空间内，这里应该是it的空间大于end指向的空间地址，因此没有进入insert函数的while循环当中，直接++_finish了，此时第五个数就是随机数了。

这就是迭代器失效的一种情况。

修正方案：

我们这样修改就不会出现这种情况了，我们让it也指向了它在新空间内的位置，此时就没问题了。

再来看一下这个情况，还是在扩容的时候插入，此时我们是通过一个迭代器表示我们要插入的位置，然后我们运行一下看看。

思考一下，此时我们的*it为什么会是随机数呢？

这是因为，insert的第一个参数是传值传参，传入的是副本，此时那个副本进入了新的空间，释放了旧空间，此时这个it还是在原来的地方指着没有变，所以就出现了这个情况，空间被释放出现了野指针。

就是这样的，it指向的空间被释放了，所以是野指针，那么有人就说了，我们可以通过传引用来完成这个操作啊。

此时我们无法传入一个常量内容了，也不方便，所以，你只需要记住，这里的it是野指针就行。

9.9 erase

这个就是我们的erase函数，这个函数的作用就是删除指定位置的元素，我们通过找到pos+1位置的元素向前覆盖就可以完成了。

我们完成了这个函数，此时我们来做一个题

删除所有的偶数

这就是我们的代码实现了，我们看上去没有错误，但是我们来运行一下。

我们发现程序崩溃了，这是什么原因呢？

我们来分析一下。

我们发现了两个问题，第一个就是我们没有检查3这个数字是否为偶数就直接去4那里了，但是这也不是崩溃的原因，原因就是

在第二个assert处程序崩溃了。

开始的时候_finish是在4的后面那个位置的，但是it到达2处，此时调用erase，此时2被3覆盖，3被4覆盖，4的位置的值不动，此时_finish在第二个4的那个位置，此时it直接去到第一个4那里，继续走erase函数，此时，it就到第二个4的位置了，此时_finish在3的位置，然后it永远不会和_finish相等的，况且现在it还大于_finish，传入参数it就是pos，pos>_finish，所以断言触发了。

我们现在就来解决这两个问题吧。

这个代码的逻辑就很好解决了那两个问题，但是vs下还是跑不了，但是g++下能跑，这就是vs的一种机制了，对于迭代器的失效检查非常严格。

vs认为，你的迭代器insert和erase之后就会失效，会改变标记，导致不让用。

我们该怎么办呢？

只需要加一个返回值就行了

我们只需要把这个位置返回给it迭代器就会使它不失效了，每次更新一下it迭代器就可以使它不失效了。

9.10 resize

两个参数，第二个参数给了一个缺省值，这里相当于给int和其他类型也升级了一个构造函数，如果T=int，那么T（）就是0，这个函数实现起来也不难，和string的基本一样。

分别在不同区间要干的事情。

9.11 拷贝构造

我们直接先开了一个空间，然后通过push_back赋值即可。

vector(const vector& a);//这样也是ok的，在类里面可以直接写vector但是类外面不行，在类里面用vector的时候可以不写后面的泛型，这个看见了知道就行，尽量不要使用。

9.12 operator=

这个是我们正常的实现流程，但是我们受到前面string中实现的启发，我们有更简便的方法来实现。

反正这个函数中的形参vector<T> a是没有用的，直接交换一下空间的指向，通过析构也可以很好的释放旧空间，很方便。

结合着上面的三个方法我们来写个代码。

我们发现程序有崩溃了，这是怎么回事呢？

这个主要的崩溃的点就在于vv=v2这条语句，执行这条语句就会进入到拷贝构造当中，因为我们要传值传参，就会调用拷贝构造生成一个副本，在生成这个副本的过程中，就出现了问题，我们来看一下。

此时就会进入到reserve函数中。

因为当我们的v2传给赋值运算符形参的时候，会调用拷贝构造，当调用拷贝构造的时候，进入了reserve函数，此时这里的形参封装的三个迭代器参数都是随机值，你此时调用capacity的时候就出现了问题，所以我们得初始化一下，因为我们的拷贝构造没有给初始化列表，所以形参的三个迭代器就是随机值。

解决方案一：

解决方案二：

给缺省值，我更推荐这个方案，好处就是给了缺省值，不管是调用拷贝构造还是构造函数，都会通过给的缺省值走初始化列表，这样就不会导致随机值的情况了。

这样问题就得到完美的解决了。

9.13 vector<string>

我们看一下这个代码，打印四个不牵扯扩容的时候是没有任何问题的，但是打印第五个的时候出现了问题，我们来看一下。

出现了乱码，我们来解决一下这个问题，其实这个问题不是太容易发现，我们肯定知道是扩容的时候出现的问题，我们来看一下。

程序崩溃的主要原因在于自定义 vector 类的 reserve 方法中使用了 memcpy 来复制对象。memcpy 是一个按字节复制的函数，它只复制对象的二进制内容，不会调用对象的复制构造函数。当 T 是像 std::string 这样的复杂类型时，使用 memcpy 复制会导致浅拷贝问题，使得多个对象共享同一块内存，在析构时会造成重复释放内存，从而引发程序崩溃。