【C++初阶】vector的使用

news2024/12/26 11:30:06

大家好我是沐曦希💕

文章目录

  • 一.vector介绍
  • 二、构造函数
  • 三、遍历
    • 1.[]
    • 2.迭代器
    • 3.范围for
  • 四、容量操作
    • 1.扩容机制
  • 五、增删查改
  • 六、迭代器失效问题

一.vector介绍

  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。
  4. vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
  5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
  6. 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好。

二、构造函数

(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

在这里插入图片描述
已经有了使用和模拟实现string的经验，直接上代码。

void test_vector1()
{
	vector<int> v1;  //无参构造
	vector<int> v2(5, 1);  //构造并初始化5个1
	vector<int> v3(v2);  //拷贝构造
	vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());  //使用迭代器进行初始化构造
}

在这里插入图片描述
此外，对于vector和string的关系是无法替代的，string类中有一个接口c_str()，转化成C语言的字符串要以\0结尾，所以string类最后会有一个\0,在操作上+=,<<,>>等。而vector是保存字符的动态数组，不会以\0结尾，不保存\0，且vector是T泛型，所以并不存在谁替代谁。

三、遍历

1.[]

在这里插入图片描述

void test(const vector<int>& v)
{
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
	{
		//只读
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}
void test_vector2()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		//可读可写
		++v1[i];
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	test(v1);
}

在这里插入图片描述

2.迭代器

正向迭代器和反向迭代器

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

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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 test_vector3()
{
	// 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);
}

在这里插入图片描述

3.范围for

void test1(const vector<int>& v)
{
	for (auto e : v)
	{
		//只读
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}
void test_vector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	for (auto e : v)
	{
		//可读可写
		++e;
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	test1(v);
}

在这里插入图片描述

四、容量操作

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

在这里插入图片描述
其中，最重要的两个函数是 reserve 和 resize，reserve 只用于扩容，它不改变 size 的大小；而 resize 是扩容加初始化，既会改变 capacity，也会改变 size；
注意：reserve 和 resize，包括后面的 clear 函数都不会缩容，因为缩容需要开辟新空间、拷贝数据、释放旧空间，而对于自定义类型又有可能存在深拷贝问题，时间开销极大；vector 中唯一可能缩容的函数就只有 shrink_to_fit，对于它来说，如果 capacity 大于 size，它会进行缩容，让二者相等。

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);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
	v.resize(10, 1);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
	v.resize(3, 1);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
	v.reserve(10);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
	v.reserve(3);
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
}

在这里插入图片描述

1.扩容机制

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。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。

void test_vector6()
{
	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下:
在这里插入图片描述
Linux的g++下:
在这里插入图片描述

五、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
  • push_back和pop_back使用
void test_vector7()
{
	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;
}

在这里插入图片描述

  • find
    find查找函数由算法库函数提供的一个函数模板，使用时需要包含algorithm头文件。
    在这里插入图片描述
void test2()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(10);
	v.push_back(20);
	v.push_back(30);
	v.push_back(40);
	v.push_back(50);
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 30);
	//auto pos = find(v.begin(), v.end(), 30);
	if (pos != v.end())
	{
		cout << "找到了" << endl;
		cout << pos - v.begin() << endl;
	}
	else
	{
		cout << "没找到" << endl;
	}

}

在这里插入图片描述

  • insert和erase
void test_vector8()
{
	// 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;
}

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  • swap
    交换两个vector类对象的值。
void test_vector9()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
	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;
	cout << "swapv data:";
	for (auto e : swapv)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

在这里插入图片描述

六、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)。

vector可能引起迭代器失效操作：

  • 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。
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
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);
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述

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。

it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

在这里插入图片描述

  • 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;
}

在这里插入图片描述

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。
在这里插入图片描述

  • 3.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
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
// 1. 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;
}

在这里插入图片描述

// 2. 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
#include<iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v{1,2,3,4,5};
	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
	v.erase(it);
	return 0;
}

在这里插入图片描述

// 3: 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
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
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;
}

在这里插入图片描述

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。

  • 4.与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#include<iostream>
#include <string>
using namespace std;
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;
	}
	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;
	}
}
int main()
{
	TestString();
	return 0;
}

在这里插入图片描述
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可,或者尽量避免使用传参给resize、reserve、insert、assign、push_back等迭代器。

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最后一个单词的长度-力扣58-java

一、题目描述给你一个字符串 s&#xff0c;由若干单词组成&#xff0c;单词前后用一些空格字符隔开。返回字符串中 最后一个 单词的长度。单词 是指仅由字母组成、不包含任何空格字符的最大子字符串。示例 1&#xff1a;输入&#xff1a;s "Hello World"输出&#x…
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