【C++】STL--vector

1.vector的介绍

我们先来看看vector的文档介绍，实际中我们只要熟悉相关接口就好了。

• 成员函数

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

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。

2.1vector的定义

void test_vector1()
{//类模板只能实例化vector<int> b1;vector<int> v2(10, 1);//初始化10个1vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());vector<int> v4(v3);//遍历for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++){cout << v3[i] << " ";}cout << endl;//范围forfor (auto e : v4){cout << e << " ";}cout << endl;
}

2.2 vector iterator 的使用

void test_vector1()
{vector<int> v5({1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9});//遍历for (size_t i = 0; i < v5.size(); i++){cout << v5[i] << " ";}cout << endl;vector<int>::iterator it = v5.begin();//迭代器while (it != v5.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;vector<int>::reverse_iterator rit = v5.rbegin();while (rit != v5.rend()){cout << *rit << " ";rit++;}cout << endl;
}

2.3 vector 空间增长问题

void test_vector3()
{vector<int> v(10, 1);v.reserve(20);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;//resize改变size的大小，不缩容v.resize(15,2);//15个数据初始化为2cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.resize(25,3);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.resize(5);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;
}

void TestVectorExpand()
{size_t sz;vector<int> v;//提前开空间//v.reserve(100);sz = v.capacity();cout << "capaticy changed: " << sz << '\n';cout << "making v grow:\n";for (int i = 0; i < 100; i++){v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}
void test_vector2()
{//不缩容vector<int> v(10, 1);v.reserve(20);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.reserve(15);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity()<< endl;v.reserve(5);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;TestVectorExpand();
}

VS下 

g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容

making foo grow:

capacity changed: 1

capacity changed: 2

capacity changed: 4

capacity changed: 8

capacity changed: 16

capacity changed: 32

capacity changed: 64

capacity changed: 128 

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。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STL，g++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

// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVectorExpand()
{size_t sz;vector<int> v;//提前开空间v.reserve(100);sz = v.capacity();cout << "capaticy changed: " << sz << '\n';cout << "making v grow:\n";for (int i = 0; i < 100; i++){v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}

2.3 vector 增删查改

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void TestVector4()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector5()
{// 使用列表方式初始化，C++11新语法vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };vector<int>::iterator it1 = v.begin();while (it1 != v.end()){cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入// 1. 先使用find查找3所在位置// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据v.erase(pos);it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
void TestVector6()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };vector<int>::iterator it1 = v.begin();while (it1 != v.end()){cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;// 通过[]读写第0个位置。v[0] = 10;cout << v[0] << endl;// 1. 使用for+[]小标方式遍历for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;vector<int> swapv{ 7,8,9,19 };swapv.swap(v);cout << "v data:";for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;// 2. 使用迭代器遍历cout << "swapv data:";auto it = swapv.begin();while (it != swapv.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 3. 使用范围for遍历for (auto x : v)cout << x << " ";cout << endl;
}
int main()
{TestVector4();TestVector5();TestVector6();return 0;
}

 

2.4 vector 迭代器失效问题。（重点）

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)。

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,erase等。

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> 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;}cout << endl;return 0;
}

2. 指定位置元素的删除操作--erase

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iteratorvector<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。

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？

int main()
{vector<int> 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()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else++it;}return 0;
}

答案是第二个，erase以后it就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值

 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()
{
    vector<int> 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()
{
    vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
    vector<int>::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()
{
    vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
    // vector<int> 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
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out
1 3 5
======================================================== =
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ vim testVector.cpp
[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11
[sly@VM - 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

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。

3.vector深度剖析及模拟实现

//.h
#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
#include <list>
#include<string>
namespace xc
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;/*vector(){}*/// C++11 前置生成默认构造vector() = default;void clear(){_finish = _start;}传统写法//vector<T> operator=(const vector<T>& v)//{//	if (*this != &v)//	{//		clear();//		reserve(v.size());//		for (auto& e : v)//		{//			push_back(e);//		}//	}//	return *this;//}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}//类里面类名可以是类型，类外面不可以//vector<T>& operator= (vector v)//现代写法vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return*this;}~vector(){if (_start){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;}size_t size() const{return _finish  - _start;}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}size_t size(){return _finish - _start;}//拷贝构造vector(const vector<T>& v){reserve(v.size());for (auto& e : v){push_back(e);}}// 类模板的成员函数，还可以继续是函数模版template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}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 (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t old_size = size();T* tmp = new T[n];//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));//浅拷贝for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = tmp + old_size;_end_of_storage = tmp + n;}}void resize(size_t n, T val = T()){//删除数据if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}bool empty(){return _stat == _finish;}void push_back(const T& x){//扩容if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;}T& operator[](size_t i){assert(i < size());return _start[i];}const T& operator[](size_t i)const{assert(i < size());return _start[i];}void pos_back(){assert(!empty());--_finish;}iterator insert(iterator pos, const T& x){//扩容if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;//指针-指针等于元素个数reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}private:iterator _start = nullptr;//头部iterator _finish = nullptr;//尾部iterator _end_of_storage = nullptr;//容量};template<class T>void print_vector(const vector<T>& v){// 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator// 是类型还是静态成员变量//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();//加上这个就可以了/*auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}*/cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}//模版template<class Container>void print_container(const Container& v){/*auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;*/for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}void test_vector1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << std::endl;vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;print_vector(v);vector<double> vd;vd.push_back(1.1);vd.push_back(2.1);vd.push_back(3.1);vd.push_back(4.1);vd.push_back(5.1);print_vector(vd);}void test_vector2(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);print_vector(v);v.insert(v.begin() + 2, 30);print_vector(v);int x;cin >> x;auto p = find(v.begin(), v.end(), x);//find所有容器都可以用,开区间查找，找到返回一个迭代器，指向在序列中找到的第一个与value相等的元素，如不存在返回last迭代器(范围迭代器end)if (p != v.end()){// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值//v.insert(p, 40);//(*p) *= 10;p = v.insert(p, 40);//(*(p + 1)) *= 10;}print_vector(v);}void test_vector3(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);print_container(v);//删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){//要更新迭代器否则会出错(迭代器生效)it = v.erase(it);}else{++it;}}print_container(v);}void test_vector4(){int i = int();int j = int(1);int k(2);vector<int>v;v.resize(10, 1);v.reserve(20);print_container(v);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.resize(15, 2);print_container(v);v.resize(25, 3);print_container(v);v.resize(5);print_container(v);}void test_vector5(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);print_container(v1);vector<int> v2 = v1;print_container(v2);vector<int>v3;v3.push_back(10);v3.push_back(20);v3.push_back(30);v1 = v3;print_container(v1);print_container(v3);}void test_vector6(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(4);v1.push_back(4);//区间初始化vector<int> v2(v1.begin(), v1.begin() + 3);print_container(v2);print_container(v1);list<int>lt;lt.push_back(10);lt.push_back(10);lt.push_back(10);lt.push_back(10);vector<int> v3(lt.begin(), lt.end());print_container(lt);print_container(v3);vector<string>v4(10, "11111111");print_container(v4);vector<int> v5(10);print_container(v5);/*vector<int> v6(10u,1);print_container(v5);*/vector<int> v7(10,1);print_container(v7);}void test_vector7(){vector<string> v;v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);}
}

3.1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::vector<bite::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. 如果拷贝的是自定义类型的元素，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。

结束语：

本节内容就已经结束，下节内容我们来介绍STL中的list

感谢大家的支持