C++vector

Posted 2021-12-10 蓝乐

vector

• 一.概念
• 二.vector的常见接口
• • 1.构造与析构
  • 2.vector迭代器
  • 3.容量与大小
  • 4.vector增删查改
• 三.迭代器失效
• • 1.迭代器失效问题
  • 2.解决方法
• 四.vector模拟实现
• • memcpy导致的浅拷贝问题
  • 模拟实现代码参考

一.概念

1. vector：大小可变数组的序列容器。
2. 和数组一样，连续存储空间存储元素。
3. 使用动态分配数组存储元素；增容时，并不会每次都重新分配大小，而是分配一些额外的空间以适应可能的增长。
4. 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。
5. 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。

二.vector的常见接口

1.构造与析构

函数	接口说明
vector()	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)	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);	使用迭代器进行初始化构造
~vector()	清理动态开辟的空间，无需自己调用

void test1()    
  {    
    vector<int> v1;//无参构造    
    vector<char> v2(3,'a');// 构造并初始化3个a    
    vector<char> v3(v2);//拷贝构造v2    
    int arr[] = {1,2,3,4,5};    
    vector<int> v4(arr,arr + 5);//使用迭代器进行初始化构造    
    for(int i = 0; i < v2.size();i++)    
      cout << v2[i] << endl;    
    for(int i = 0; i < v3.size();i++)    
      cout << v3[i] << endl;    
    for(int i = 0; i < v4.size();i++ )    
      cout << v4[i] << endl;                                                                                                                                                               
  }  

2.vector迭代器

iterator的使用	接口说明
begin() & end()	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_iterator
rbegin() & 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

void test2()
{
  vector<int> v(4, 100);
  //iterator迭代器
  vector<int>::iterator it = v.begin();
  while(it != v.end())
  {
    *it += 100;
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;
  //reverse_iterator反向迭代器
  vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
  while(rit != v.rend())
  {
    *it -= 100;
    cout << *rit << " ";
    rit++;
  }
  cout << endl;
}

3.容量与大小

容量空间	接口说明
size()	获取数据个数
capacity()	获取容量大小
resize()	改变vector的size
reserve()	改变vector放入capacity
empty()	判断是否为空

void test3()
{
  vector<int> v;
  cout << v.size() << endl;
  cout << v.capacity() << endl;
  v.resize(8);
  v.reserve(16);
  cout << v.size() << endl;
  cout << v.capacity() << endl;
}

4.vector增删查改

函数	接口说明
push_back()	尾插
pop_back()	尾删
insert()	在pos之前插入val
erase()	删除pos位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
clear()	清空当前vector的空间
operator[]	像数组一样访问

void test4()
{
  vector<int> v;
  //尾插5个元素
  v.push_back(1);
  v.push_back(2);
  v.push_back(3);
  v.push_back(4);
  v.push_back(5);
  //尾删
  v.pop_back();
  vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),3);
  //在pos前插入3
  pos = v.insert(pos, 20);
  for(int i = 0;i<v.size();i++)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;
  pos = v.erase(pos);
  vector<int>::iterator it = v.begin();
  while(it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    it++;
  }
  cout << endl;
  v.clear();
  cout << v.size() << endl;
}

三.迭代器失效

1.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)。
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。对于这类操作导致的迭代器失效，有两种方面的意义：第一种是发生了增容，开辟了新的空间，原来的空间释放了，出现迭代器失效；第二种是迭代器的意义发生了改变，不再指向原来所指向的元素位置，此时我们也认为迭代器失效了。

void test5()
{
    vector<int> v;
    //insert导致迭代器失效
    v.push_back(1);
    v.push_back(2);
    v.push_back(3);
    v.push_back(4);
    cout << v.capacity() << endl;//4
    vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
    v.insert(pos, 20);
    //insert后vector发生了增容，开辟了新的空间，原来的空间释放了
    //导致此处的pos成了野指针，从而出现迭代器失效
    cout << *pos << endl;
    *pos = 10;
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

void test6()
{
    vector<int> v;
    //insert导致迭代器失效
    v.push_back(1);
    v.push_back(2);
    v.push_back(3);
    v.push_back(4);
    v.reserve(8);
    vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
    v.insert(pos, 20);
    //pos的意义发生了改变，不再指向原来所指向的元素位置
    cout << *pos << endl;
    *pos = 10;
    for (auto e : v)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
}

2. 指定位置元素的删除操作–erase
erase操作在vector中并不会出现野指针问题，其迭代器失效常常是指意义上的改变。

void test7()
{
    vector<int> v;
    v.push_back(1);
    v.push_back(2);
    v.push_back(3);
    v.push_back(4);
    vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
    v.erase(pos);
    *pos = 10;
}

2.解决方法

对于这些会导致迭代器失效的接口，STL都提供了返回值，因此可以让迭代器接收接口的返回值从而避免迭代器失效的问题。

四.vector模拟实现

memcpy导致的浅拷贝问题

那么这个问题要怎么解决呢？我们可以遍历两个容器调用模板类的赋值深拷贝将vector的每一个对应元素深拷贝，从而解决这个问题。

模拟实现代码参考

vector模拟实现