C++ vector类

目录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1.2.2 vector iterator 的使用1.2.3 vector 空间增长问题1.2.4 vector 增删查改1.2.5 vector 迭代器失效问题 (重点)1.2.6 vector 在OJ中的使用2.vector深度剖析及模拟实现2.1 使用memcpy拷贝问题1.vector的介绍及使用1.1 vector的介绍vector的文档介绍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。 使用STL的三个境界能用明理能扩展 那么下面学习vector我们也是按照这个方法去学习1.2 vector的使用vector学习时一定要学会查看文档vector的文档介绍vector在实际中非常的重要在实际中我们熟悉常 见的接口就可以下面列出了哪些接口是要重点掌握的。1.2.1 vector的定义(constructor)构造函数声明接口说明vector()重点无参构造vectorsize_type n, const value_type val value_type()构造并初始化n个valvector (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1.2.2 vector iterator 的使用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_iteratorrbegin 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正向迭代器遍历容器#include iostream #include vector using namespace std; int main() { vectorint v(10, 2); //正向迭代器遍历容器 vectorint::iterator it v.begin(); while (it ! v.end()) { cout *it ; it; } cout endl; return 0; }反向迭代器遍历容器#include iostream #include vector using namespace std; int main() { vectorint v(10, 2); //反向迭代器遍历容器 vectorint::reverse_iterator rit v.rbegin(); while (rit ! v.rend()) { cout *rit ; rit; } cout endl; return 0; }1.2.3 vector 空间增长问题容量空间接口说明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sizereserve 重点改变vector的capacitycapacity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。 这个问题经常会考察不要固化的认为vector增容都是2倍具体增长多少是根据具体的需求定义 的。vs是PJ版本STLg是SGI版本STL。reserve只负责开辟空间如果确定知道需要用多少空间reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。resize在开空间的同时还会进行初始化影响size。1.2.4 vector 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valerase删除position位置的数据swap交换两个vector的数据空间operator[] 重点像数组一样访问1.2.5 vector 迭代器失效问题 (重点)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)。对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有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 using namespace std; #include vector int main() { vectorint 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); /* 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。 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。 */ while(it ! v.end()) { cout *it ; it; } coutendl; return 0; }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 }; vectorint v(a, a sizeof(a) / sizeof(int)); // 使用find查找3所在位置的iterator vectorint::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。以下代码的功能是删除vector中所有的偶数请问那个代码是正确的为什么——返回的是删除的位置#include iostream using namespace std; #include vector int main() { vectorint v{ 1, 2, 3, 4 }; auto it v.begin(); while (it ! v.end()) { if (*it % 2 0) v.erase(it); it; } return 0; } int main() { vectorint v{1,2,3,4}; auto itv.begin(); while(it!v.end()) { if (*it % 2 0) it v.erase(it); else it } return 0; }3. 注意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。// 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() { vectorint 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; } 程序输出 1 2 3 4 5 扩容之前vector的容量为: 5 扩容之后vector的容量为: 100 0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5 // 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 vector #include algorithm int main() { vectorint v{1,2,3,4,5}; vectorint::iterator it find(v.begin(), v.end(), 3); v.erase(it); cout *it endl; while(it ! v.end()) { cout *it ; it; } cout endl; return 0; } 程序可以正常运行并打印 4 4 5 // 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 int main() { vectorint v{1,2,3,4,5}; // vectorint 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; } // 使用第一组数据时程序可以运行 [slyVM-0-3-centos 20220114]$ g testVector.cpp -stdc11 [slyVM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out 1 3 5 // 使用第二组数据时程序最终会崩溃 [slyVM-0-3-centos 20220114]$ vim testVector.cpp [slyVM-0-3-centos 20220114]$ g testVector.cpp -stdc11 [slyVM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out Segmentation fault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 string 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; } }迭代器失效解决办法在使用前对迭代器重新赋值即可。1.2.6 vector 在OJ中的使用1. 只出现一次的数字iclass Solution { public: int singleNumber(vectorint nums) { int value 0; for(auto e : v) { value ^ e; } return value; } };2. 杨辉三角OJ// 涉及resize / operator[] // 核心思想找出杨辉三角的规律发现每一行头尾都是1中间第[j]个数等于上一行[j-1][j] class Solution { public: vectorvectorint generate(int numRows) { vectorvectorint vv; vv.resize(numRows); for(size_t i0; ivv.size(); i) { vv[i].resize(i1,0); vv[i][0]vv[i][i]1; for(size_t i0; ivv.size();i) { for(size_t j0; jvv[i].size();j) { if(vv[i][j]0) { vv[i][j]vv[i-1][j-1]vv[i-1][j]; } } } } return vv; } };总结通过上面的练习我们发现vector常用的接口更多是插入和遍历。遍历更喜欢用数组operator[i]的 形式访问因为这样便捷。2.vector深度剖析及模拟实现2.1 使用memcpy拷贝问题假设模拟实现的vector中的reserve接口中使用memcpy进行的拷贝以下代码会发生什么问题int main() { bite::vectorbite::string v; v.push_back(1111); v.push_back(2222); v.push_back(3333); return 0; }问题分析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。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。