vector
- 1. vector的介绍及使用
- 1.1 vector的介绍
- 1.2 vector的使用
- 1.2.1 vector的定义（(constructor)构造函数声明）
- 1.2.2 vector iterator 的使用
- 1.2.3 vector Capacity
- 1.2.4 vector Modifiers
- 1.2.4 vector 迭代器失效问题
- 2. vector模拟实现
1. vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
在C++中，vector是一个模板类，它是一个多功能的、能够操作多种数据结构和算法的函数库。它是C++标准模板库中的部分内容，用于表示动态数组。vector可以自动扩展以容纳新元素，并且可以在任何位置插入或删除元素。
vector的优点：
- vector是一个动态数组，可以自动扩展以容纳新元素。
- vector支持随机访问，可以通过下标访问元素。
- vector支持在任何位置插入或删除元素。
vector的缺点：
- vector的插入和删除操作可能会导致内存重新分配，从而导致性能下降。
- vector只能存储相同类型的元素。
1.2 vector的使用
1.2.1 vector的定义（(constructor)构造函数声明）
default (1) vector (); //无参构造
fill (2) explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type()) // 构造并初始化n个val
range (3) vector (InputIterator first, InputIterator last); //使用迭代器进行初始化构造
copy (4) vector (const vector& x); //拷贝构造
1.2.2 vector iterator 的使用
vector的迭代器是一种指针，它可以遍历vector中的元素。vector的迭代器支持随机访问，可以通过下标访问元素。反向迭代器是一种特殊的迭代器，它可以从后向前遍历容器中的元素。
反向迭代器和正向迭代器的区别在于：对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；而对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。
const_iterator是一种只读迭代器，它不能修改vector中的元素。只读迭代器可以用于遍历vector中的元素，但不能用于修改vector中的元素。
1.2.3 vector Capacity
用如下代码查看vector 空间增长问题
VS平台下：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
cout << "capacity: " << v.capacity() << endl;
while (1)
{
v.push_back(1);
if (v.size() == v.capacity())
{
cout << "capacity: " << v.capacity() << endl;
}
}
return 0;
}
gcc平台下：
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。
1.2.4 vector Modifiers
assign()是vector的成员函数之一，它可以用于将新元素分配给vector。assign()函数有多个重载版本，可以接受不同类型的参数。下面是一些常见的用法：
// assign()函数的第一个版本
vector<int> v1;
v1.assign(5, 10); // 将5个值为10的元素分配给v1
// assign()函数的第二个版本
vector<int> v2;
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
v2.assign(arr, arr + 5); // 将数组arr中的元素分配给v2
// assign()函数的第三个版本
vector<int> v3;
vector<int> v4;
v3.assign(v4.begin(), v4.end()); // 将v4中的元素分配给v3
emplace()是vector的成员函数之一，它可以用于在vector中构造新元素。emplace()函数有多个重载版本，可以接受不同类型的参数。下面是一些常见的用法：
// emplace()函数的第一个版本
vector<pair<int, string>> v1;
v1.emplace_back(1, "hello"); // 在v1中构造一个pair<int, string>类型的元素
// emplace()函数的第二个版本
vector<complex<double>> v2;
v2.emplace(v2.begin(), 1.0, 2.0); // 在v2的开头构造一个complex<double>类型的元素
// emplace()函数的第三个版本
vector<string> v3;
v3.emplace_back("hello"); // 在v3中构造一个string类型的元素在这里插入代码片
1.2.4 vector 迭代器失效问题
vector的迭代器失效问题是指，当vector中的元素被添加、删除或插入时，迭代器可能会失效。如果一个迭代器失效了，那么它就不能再用于访问vector中的元素。
下面是一些常见的导致迭代器失效的操作：
- 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
#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;
}
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。
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
#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。
pos = v.erase(pos);
// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(pos)之后
// pos位置的迭代器就失效了
// s.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}
2. vector模拟实现
在stl源码中，可以看到vector使用三个iterator来实现的。
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
vector()
{}
//vector<int> v(10, 5);
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
//必须用深拷贝
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
// [first, last)
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
void resize(size_t n, T val = T())
{
if (n < size())
{
// 删除数据
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
// 扩容后更新pos，解决pos失效的问题
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator start = pos + 1;
while (start != _finish)
{
*(start - 1) = *start;
++start;
}
--_finish;
return pos;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
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 _end_of_storage = nullptr;
};
