从零开始学c++之STL——vector的介绍和使用

Posted 2021-09-01 努力学习的少年

vector的介绍和使用

• 一.vector的文档介绍
• 二.vector的使用
• • 1.vector对象的创建
  • 2.迭代器 iterator的使用
  • 3.vector空间
  • 4.vector的增删查改
• 三.迭代器失效的问题

一.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（deques, lists and forward_lists）， 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lists和
   forward_lists统一的迭代器和引用更好。

简单来说，vector就类似于我们数据结构中的线性表，它可以动态增容。

二.vector的使用

1.vector对象的创建

创建vector对象的模板:vector<类型名> 对象，其中的类型名可以是任意类型，如int，char,double,string等等。
如下：

 void vectortest()
{
	vector<int> v1(3, 3);//创建一个v1的对象，里面存储的是int类型的数据
	vector<char>v2(3, 'a');//创建一个v1的对象，里面存储的是char类型的数据
	vector<string>v3(3, "张三");//创建一个v1的对象，里面存储的是string类型（字符串）的数据
}

通过调试，可以看出v1存储3个int类型的数据，v2存储3个char类型的数据，v3存储3个string类型的数据。

构造函数声明	接口说明
vector()	无参的构造函数
vector(const vector v)	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last)	使用迭代器进行初始化构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）	构造并初始化n个val

void vectortest1()
{
	vector<int> v1;//无参构造
	vector<int> v2(10, 3);//构造并初始化10个3
	vector<int>v3(v2);//拷贝构造
	vector<int>v4(v2.begin(), v2.end());//利用迭代器将v2中的数据构造出v4
}

2.迭代器 iterator的使用

项目	说明
begin()+end()	begin()返回的是vector对象的第一个数据地址，end（）返回的是最后一个数据的下一位置的地址
rbegin（）+rend()	rbegin()获取的是vector对象的最后一个数据的地址，rend()获取的是vector对象第一个数据的前一个位置的地址。

3.vector空间

接口	接口说明
empty	判断是否为空
size	获取数据个数
capacity	获取容量的空间大小
resize	改变size的大小
reserve	改变容量的大小

	void vectortest()
{
	vector<int> v1(3, 3);
	cout << v1.size() << endl;//获取v1中的数据个数为3
	cout << v1.capacity() << endl;//获取v1中的容量为3
	v1.resize(10);//将v1的size从3变为10，同时capacity也会从10变为20
	v1.
	cout << v1.size() << endl;//获取v1中的数据个数为10
	cout << v1.capacity() << endl;//获取v1中的容量为10
	v1.reserve(20);//将capacity从10变为20，size不变
	cout << v1.size() << endl;//获取v1中的数据个数为10
	cout << v1.capacity() << endl;//获取v1中的容量为20
}

补充：
1.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。c++标准只是定义vector和它的接口的功能，但每个编译器底下实现这些接口函数的可能会有所差异，所以一段相同的代码在vs编译器可能运行得起来，在linux下可能运行不起来，也可能某些数运行出来有所差异。
2.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。

4.vector的增删查改

接口	接口说明
push_back	尾插数据
pop_back	尾删数据
insert	在position之前插入一个数据
erase	删除position位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
operator[]	像数组一样去访问vector的数据
find	查找，这个不是vector上的接口函数，而是在算法里面的.。

注明：任何容器都可以使用find，只要传迭代器给它，它就可以在这个迭代区间进行查找某个数据，找到了就返回地址，如果找不到，就返回end（）。

输出的结果：

void vectortest4()
{
	vector<int> v1(3, 1);//创建v1，并初始化3个1
	vector<int> v2(4, 2);//创建v2，并初始化4个2
	v1.swap(v2);//将v1和v2中的数据进行交换，包括capacity和size
}

三.迭代器失效的问题

迭代器（iterator）是一个可以对其执行类似指针的操作（如：解除引用（operator*()）和递增（operator++()））的对象，我们可以将它理解成为一个指针。
什么是迭代器失效呢？我们先来看一个例子：

void vectortest4()
{
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);	
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);//v1中尾插4个数据

	vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);
	v1.insert(pos, 0);//在3的位置之前插入一个0，此时pos位置指向的数据就变为0，此时迭代器失效
}

1.第一种情况：我们通过迭代器找到3的位置pos，然后在pos位置插入0，插入0之后，pos指向的数据就由3变成0了，迭代器就失效了。我们再去用这个迭代器pos，有的编译器就会报错。

2.第二种情况：我们通过迭代器找到3的位置pos，然后将3给删掉，这时迭代器pos指向的数据就变为4，同样，迭代器也会失效。

3.第三种情况：我们通过迭代器找到3的位置pos，然后在通过pos在3之前插入一个0，但是v1容量已经最大，此时就需要增容，就先开辟一块更大的空间，把久空间的数据拷贝给新空间，再把久空间给处理掉，所以pos就变为野指针（在vector底下层，迭代器就是指针）。这时候迭代器也失效。不能再用它

总结：1.如果我们利用迭代器将在某个数据之前插入一个数据之后，或者利用迭代器删除某个数据之后，迭代器指向内容就会改变，也就是迭代器的意义改变，迭代器就失效，就有可能引发错误。
2.如果想插入某个数据，出现增容的情况，pos指向的空间已经释放，此时的pos就变成野指针。迭代器也失效
所以：迭代器失效的解决办法是：在使用之前，对迭代器重新赋值即可。

写一段代码，删除vector中的所以偶数
接下来我们在看一下下面这段代码是否正确：

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; }

在vs测试了一下，发现这段代码会奔溃。为什么呢？
我们在删除数据时，后面的数据就会往前挪动，end()也会向前挪动一步，然后it在++，如果删除最后一个位置的数据，此时it和end（）就不会相遇，最终程序奔溃。

所以我们对代码改动一下，如果删除时，it就不会走一步，没有删除，it才走一步

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; 
 }