面试之快速学习STL- vector

news2024/10/6 13:41:36

1. vector底层实现机制刨析:

简述:使用三个迭代器表示的:

在这里插入图片描述

这也就解释了,为什么 vector 容器在进行扩容后,与其相关的指针、引用以及迭代器可能会失效的原因。

insert

整体向后移

erase

整体向前移

size 变化会重新reserve

2. emplace_back()和push_back()的区别

emplace_back() 和 push_back() 的区别,就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时,首先会创建这个元素,然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中(如果是拷贝的话,事后会自行销毁先前创建的这个元素);而 emplace_back() 在实现时,则是直接在容器尾部创建这个元素,省去了拷贝或移动元素的过程。

3. 避免不必要的扩容:

那既然扩容会影响程序的运行效率,那我们如何来避免呢?
在插入元素之前,我们可以预估vector里面要存储多少个元素,我们提前将这个空间给它开辟好就可以了!!!
比如说,我们需要向vector中插入100个元素,在执行push_back之前,我们进行reserver预留空间,只要空间大小给的足够,在整个插入的过程中就不需要进行任何的扩容!

4. 减小不必要的容量

1 . shrink_to_fit()
2 . Swap
如果想用 swap() 成员方法去除当前 vector 容器多余的容量时,可以套用如下的语法格式:
vector(x).swap(x);

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. using namespace std;
4. 
5. int main()
6. {
7.     vector<int>myvector;
8.     //手动为 myvector 扩容
9.     myvector.reserve(1000);
10.     cout << "1、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
11.     //利用 myvector 容器存储 10 个元素
12.     for (int i = 1; i <= 10; i++) {
13.         myvector.push_back(i);
14.     }
15.     //将 myvector 容量缩减至 10
16.     vector<int>(myvector).swap(myvector);
17.     cout << "2、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
18.     return 0;
19. }

输出:

1、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 1000
2、当前 myvector 拥有 10 个元素,容量为 10

显然,第 16 行代码成功将 myvector 容器的容量 1000 修改为 10,此行代码的执行流程可细分为以下 3 步:

  1. 先执行 vector(myvector),此表达式会调用 vector 模板类中的拷贝构造函数,从而创建出一个临时的 vector 容器(后续称其为 tempvector)。
    值得一提的是,tempvector 临时容器并不为空,因为我们将 myvector 作为参数传递给了复制构造函数,该函数会将 myvector 容器中的所有元素拷贝一份,并存储到 tempvector 临时容器中。
    注意,vector 模板类中的拷贝构造函数只会为拷贝的元素分配存储空间。换句话说,tempvector 临时容器中没有空闲的存储空间,其容量等于存储元素的个数。
  2. 然后借助 swap() 成员方法对 tempvector 临时容器和 myvector 容器进行调换,此过程不仅会交换 2 个容器存储的元素,还会交换它们的容量。换句话说经过 swap() 操作,myvetor 容器具有了 tempvector 临时容器存储的所有元素和容量,同时 tempvector 也具有了原 myvector 容器存储的所有元素和容量。
  3. 当整条语句执行结束时,临时的 tempvector 容器会被销毁,其占据的存储空间都会被释放。注意,这里释放的其实是原 myvector 容器占用的存储空间。
    经过以上 3 个步骤,就成功的将 myvector 容器的容量由 100 缩减至 10。

当 swap() 成员方法用于清空 vector 容器时,可以套用如下的语法格式:
vector().swap(x);

4. vector < bool >

具体来讲,不推荐使用 vector 的原因有以下 2 个:

1. 严格意义上讲,vector<bool> 并不是一个 STL 容器;
2. vector<bool> 底层存储的并不是 bool 类型值。

值得一提的是,对于是否为 STL 容器,C++ 标准库中有明确的判断条件,其中一个条件是:如果 cont 是包含对象 T 的 STL 容器,且该容器中重载了 [ ] 运算符(即支持 operator[]),则以下代码必须能够被编译:

T *p = &cont[0];

此行代码的含义是,借助 operator[ ] 获取一个 cont 容器中存储的 T 对象,同时将这个对象的地址赋予给一个 T 类型的指针。
这就意味着,如果 vector 是一个 STL 容器,则下面这段代码是可以通过编译的:

//创建一个 vector 容器

vectorcont{0,1};

//试图将指针 p 指向 cont 容器中第一个元素

bool *p = &cont[0];

但不幸的是,此段代码不能通过编译。原因在于 vector 底层采用了独特的存储机制。

实际上,为了节省空间,vector 底层在存储各个 bool 类型值时,每个 bool 值都只使用一个比特位(二进制位)来存储。也就是说在 vector 底层,一个字节可以存储 8 个 bool 类型值。在这种存储机制的影响下,operator[ ] 势必就需要返回一个指向单个比特位的引用,但显然这样的引用是不存在的,等号左右两边出现冲突!

么,如果在实际场景中需要使用 vector< bool > 这样的存储结构,该怎么办呢?很简单,可以选择使用 deque< bool > 或者 bitset 来替代 vector

要知道,deque 容器几乎具有 vecotr 容器全部的功能(拥有的成员方法也仅差 reserve() 和 capacity()),而且更重要的是,deque 容器可以正常存储 bool 类型元素。

还可以考虑用 bitset 代替 vector,其本质是一个模板类,可以看做是一种类似数组的存储结构。和后者一样,bitset 只能用来存储 bool 类型值,且底层存储机制也采用的是用一个比特位来存储一个 bool 值。

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