Vector篇
- Vector介绍
- Vector实现
- 1、定义
- 默认构造函数使用
- 实现
- 2、迭代器Iterator
- 迭代器使用
- 3、空间增长问题
- 使用
- 实现
- 迭代器
- 迭代器介绍
- 迭代器实现
Vector介绍
vector是STL中容器之一，特性如下：
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 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。
- 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。- 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。- 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。
- 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
Vector实现
常见接口函数罗列：
1、定义
| (constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| 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val |
| vector (const vector& x) | 拷贝构造 |
| vector (InputIterator first, InputIterator last) | 使用迭代器进行初始化构造 |
默认构造函数使用
int main()
{
vector<int> first;//无参构造
vector<int> second(4, 0);//使用4个0初始化构造
vector<int> third(second.begin(), second.end());//迭代器区间构造
vector<int> fourth(third);//拷贝构造，使用third构造
return 0;
}
运行结果
实现
//无参构造
vector()
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
}
//构造并初始化n个value
vector(int n, const T& value = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endOfStorage(nullptr)
{
reserve(n);//是否需要扩容
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}
//迭代器区间构造
template<class inputiterator>
vector(inputiterator first, inputiterator last)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
//拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_endOfStorage = _start + v.capacity();
}
涉及资源管理一般都是开空间，拷贝数据。
2、迭代器Iterator
对于Vector内部实现访问，修改可以很实用迭代器来进行
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| begin + end | 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 |
迭代器使用
int main()
{
vector<int> v;
v = { 1,2,3,4,5,6,7,8 };
vector<int>::iterator It = v.begin();
//1、使用迭代器遍历
/*for (It; It != v.end(); It++)
{
cout << *It << " ";
}
cout << endl;*/
//2
auto it = v.begin();
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//修改遍历
for (It; It != v.end(); It++)
{
cout << ( * It * 2) << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
运行结果
对于迭代器使用还有一个C++中支持的范围for（语法糖），auto会自己识别=右边类型，底层也是迭代器。
for(auto e:v)
3、空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
|---|---|
| resize | 改变vector的size |
| reserve | 改变vector的capacity |
使用
int main()
{
vector<int> ve;
ve.resize(10, 0);
cout <<"size:" << ve.size() << endl;
cout <<"capacity:"<< ve.capacity() << endl;
ve.reserve(40);
cout << "size:" << ve.size() << endl;
cout << "capacity:" << ve.capacity() << endl;
}
运行结果：
实现
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();//保存原来size
if (_start)
{
//深拷贝
for (int i = 0; i <sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& value = T())
{
//减小个数
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
//扩容
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish!=_start+n)
{
*_finish = value;
_finish++;
}
}
}
对于vector中的size和capacity可以和数据结构中的顺序表来对比实现。对于reserve使用一般会考虑在扩容时使用，一般不会使用缩容这个行为。缩容会对效率，和空间释放上造成困难。不支持部分空间释放。resize可以对于空间开辟加初始化。
迭代器
迭代器介绍
InputIterator：输入迭代器。支持对容器元素的逐个遍历，以及对元素的读取（input)；
OutputIterator：输出迭代器。支持对容器元素的逐个遍历，以及对元素的写入（output)。
ForwardIterator：前向迭代器。向前逐个遍历元素。可以对元素读取；
BidirectionalIterator：双向迭代器。支持向前向后逐个遍历元素，可以对元素读取。
RandomAccessIterator：随机访问迭代器。支持O(1)时间复杂度对元素的随机位置访问，支持对元素的读取。
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的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator cbegin()const
{
return _start;
}
const_iterator cend() const
{
return _finish;
}
这样的代码书写只能使用在底层空间连续的数据结构中。就不太符合迭代器出现的意义。可以采用一个类来进行封装。
迭代器实现
//反向迭代器
namespace uu
{
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct ReverseIterator
{
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;
Iterator _cur;
ReverseIterator(Iterator it)
:_cur(it)//正向迭代器构造
{}
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _cur;
--tmp;
return *tmp;
}
Self& operator++()
{
--_cur;
return *this;
}
Self& operator--()
{
++_cur;
return *this;
}
bool operator!=(const Self& s)
{
return _cur != s._cur;
}
};
}
迭代器失效问题主要在于对于vector中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。
失效原因：扩容时就会改变底层空间改变，主要就是扩容会释放旧空间，但是迭代器底层是指针，旧空间被释放掉，但是指针指向还是在旧空间中，就会形成野指针。第二次访问就会出错。
解决方法：使用插入位置与头指针的相对位置来进行新空间的位置更新。并返回插入位置。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(_start <= pos);
assert(pos<= _finish);
if (_start == _endOfStorage)
{
size_t len = pos - _start;//计算相对位置
reserve(capacity() == 0 ? 8 : capacity() * 2);
pos = _start + len;//防止野指针，迭代器失效，更新
}
iterator end = _finish - 1;
while (end>=pos)
{
*(end + 1) = *(end);
end--;
}
*(pos) = x;
_finish++;
return pos;//解决pos再次被使用，迭代器失效
}
失效原因：删除指定位置后，数据会向前移，底层空间没有改变。但是位置在最后一个数据的位置就会出现越界，end在有效区间外就会失效。
解决方法：返回迭代器的位置。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator start =pos + 1;//避免pos=0；头删越界,类型是迭代器
while (start != _finish)
{
*(start - 1) = *(start);
start++;
}
_finish--;
return pos;
}
对于底层空间连续的数据结构都会使用[]来进行数据访问修改，这样可以避免迭代器失效问题。更加便捷。
