【C++】vector

news2024/12/28 22:17:27

vector与string许多功能相似，有了string的基础学起来很轻松

文章目录

  • 一、vector的介绍
  • 二、vector的使用
    • 1、vector定义（构造）类
    • 2、vector与string相似的接口
    • 3、vector迭代器失效问题
  • 三、vector的模拟实现

一、vector的介绍

vector文档（之前推荐的网站：cplusplus）

  1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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。
  1. 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、vector的使用

老规矩，我们学习文档中使用次数最多，最重要的一些接口

1、vector定义（构造）类

(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

来举几个例子：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2(5,1);
	vector<int> v3(v2);
	vector<int> v4(v2.begin(), v2.end());
	return 0;
}

在这里插入图片描述

2、vector与string相似的接口

这些接口都是后面带
在这里插入图片描述
上图中的接口与string中的接口基本类似，我讲一下不同的和要注意的接口：
1、shrink_to_fit接口尽量少用，因为按照我们目前所学的知识可以理解为：一块连续的动态内存不能只释放一部分，所以该接口是重新开辟一块小区域再把数据拷贝过去，这样很不好，万一我们要插入或者其他操作又要扩容，浪费时间了

2、data函数接口就是返回vector中所有元素的起始地址

3、assign函数接口作用也是初始化，只不过会清空原有的数据：
在这里插入图片描述

3、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)

简单来说：如果vector的内容被提前释放掉，那么迭代器走到那片区域就会发生迭代器失效

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等等操作（在vs编译器中，不合理使用erase接口也会发生迭代器失效问题）

在这里插入图片描述
那么，如果我们不扩容，不插入，只进行删除操作还可以继续迭代器吗？
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
那么，如何避免我们在扩容或者删除时引发的迭代器失效呢？
其实文档里面有答案：
在这里插入图片描述
插入，删除操作之后会返回指向下一个元素的迭代器
在这里插入图片描述
只要我们合理运用函数接口是不会存在问题的

注意：上面的迭代器失效是vs里面经过特殊处理才会显示出来的，而linux下面的g++环境是不会发生迭代器失效或者崩溃的问题的，只是存在结果错误，但还是会打印出结果出来的

解决迭代器失效方法：对迭代器重新赋值即可

三、vector的模拟实现

我们先来看看vector的底层：
在这里插入图片描述

#pragma once
#include<iostream>
#include<vector>
#include<assert.h>

#include<string.h>
using namespace std;
namespace bzh
{
	template <class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;//vector里面的迭代器我们可以理解为指针
		typedef const T* const_iterator;
		iterator begin()
		{
			return _start;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _start;
		}
		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
		const_iterator end()const
		{
			return _finish;
		}
		size_t size()
		{
			return _finish - _start;
		}
		size_t capacity()
		{
			return _endtoage - _start;
		}
		bool empty()
		{
			return _finish == _endtoage;
		}
		T& operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
		const T& operator[](size_t pos)const
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}
		vector()
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endtoage(nullptr)
		{}
		vector(size_t n, const T& value = T())//T()匿名结构，也就是每一个缺省值T()都是0值
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endtoage(nullptr)
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = 0; i < n; ++i)
			{
				push_back(value);
			}
		}
		vector(int n, const T& value = T())//非法间接寻址
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endtoage(nullptr)
		{
			reserve(n);
			for (size_t i = 0; i < n; ++i)
			{
				push_back(value);
			}
		}
		~vector()
		{
			delete[]_start;
			_start = _finish = _endtoage = nullptr;
		}
		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endtoage, v._endtoage);
		}
		template <class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endtoage(nullptr)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}
		vector(const vector<T>& v)
			: _start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endtoage(nullptr)
		{
			vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
			swap(tmp);
		}
		vector<T>& operator=(vector<T> v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}
		void resize(size_t n, T value = T())
		{
			if (n > capacity())
			{
				reserve(n);
			}
			if (n > size())
			{
				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = value;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
			}
		}
		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t oldsize = size();
				T* tmp = new T[n];
				if (_start)
				{
					//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldsize);//浅拷贝，会释放掉数据
					for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + oldsize;
				_endtoage = _start + n;
			}

		}
		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endtoage)
			{
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
		}
		void pop_back()
		{
			assert(!empty());
			--_finish;
		}
		iterator insert(iterator pos, const T& value = T())
		{
			assert(pos < _finish);
			assert(pos >= _start);
			if (_finish == _endtoage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
				pos = _start + len;
			}
			iterator tmp = _finish - 1;
			while (tmp >= pos)
			{
				*(tmp + 1) = *tmp;
				--tmp;
			}
			*pos = value;
			++_finish;
			return pos;
		}
		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos < _finish);
			assert(pos >= _start);
			iterator tmp = pos + 1;
			while (tmp < _finish)
			{
				*(tmp - 1) = *tmp;
				++tmp;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}
		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}
	private:
		iterator _start;//指向vector的开始位置
		iterator _finish;//有效数据个数的尾部
		iterator _endtoage;//容量的尾部
	};
	void TestBitVector1()
	{
		bzh::vector<int> v1;
		bzh::vector<int> v2(10, 5);
		int array[] = { 1,2,3,4,5 };
		bzh::vector<int> v3(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
		//调用template <class InputIterator>
		bzh::vector<int> v4(v3);
		for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i)
		{
			cout << v2[i] << " ";
		}
		cout << endl;
		auto it = v3.begin();
		while (it != v3.end())
		{
			cout << *it << " ";
			++it;
		}
		cout << endl;
		for (auto e : v4)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	void TestBitVector2()
	{
		bzh::vector<int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);
		v.push_back(3);
		v.push_back(4);
		v.push_back(5);
		cout << v.size() << endl;
		cout << v.capacity() << endl;
		cout << v[0] << endl;
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.pop_back();
		v.pop_back();
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.insert(v.begin(), 0);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;

		v.erase(v.begin() + 1);
		for (auto e : v)
		{
			cout << e << " ";
		}
		cout << endl;
	}
	void test1()
	{
		//vector <int> v(10, 1);
		/*for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		{
			cout << v[i] << " ";
		}
		cout << endl;*/
		vector <int> v(10, 1);
		/*vector <int> v;
		v.push_back(1);
		v.push_back(2);*/
		vector <int> v1;
		v1.push_back(10);
		v1.push_back(20);
		v1.push_back(30);
		v1.push_back(1);
		v1.push_back(3);
		v1.push_back(2);

		for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
		{
			cout << v1[i] << " ";
		}
		cout << endl;

		v1.pop_back();
		v1.pop_back();
		v1.pop_back();
		v1.pop_back();
		for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
		{
			cout << v1[i] << " ";
		}
		cout << endl;

		auto it = find(v1.begin(), v1.end(), 20);
		v1.insert(it, 200);
		for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
		{
			cout << v1[i] << " " ;
		}
		cout << endl;

		auto iit = find(v1.begin(), v1.end(), 200);
		v1.erase(iit);
		for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
		{
			cout << v1[i] << " ";
		}
		cout << endl;
	}
}

最后我找了一些关于memcpy浅拷贝的资料贴在这里：

1、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
2、如果拷贝的是内置类型的元素，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

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
在这里插入图片描述
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

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