C++STL之vector的使用和实现
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了C++STL之vector的使用和实现相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
vector
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什么是vector？
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
vector的使用
我们首先来看一下vector文档中的成员函数：vector文档
构造函数
- vector()：创建一个空vector
- vector(size_type n, const value_type& val = value_type())：创建一个vector，元素个数为n,且值为val
- vector(const vector& x)：拷贝构造函数
- vector(InputIterator first, InputIterator last):复制[first,last)区间内另一个数组的元素到vector中
#include<iostream>
#include<vector>
int main()
{
std::vector<int> v1;//创建一个空vector
std::vector<int> v2(4,100);//创建一个vector，元素个数为4,且值为100
std::vector<int> v3(v2.begin(),v2.end());//复制[v2,v2+5)区间内另一个数组的元素到vector中
std::vector<int> v4(v3);//拷贝构造函数
return 0;
}
传迭代器进行构造：
vector<int> v2(v1.begin(),v1.end());
如果不想要v1的第一个和最后一个，可以这样写：
vector<int> v2(++v1.begin(),--v1.end());
可以看到迭代器构造函数是一个模板函数，所以不一定只用vector的迭代器，也可以用其他容器迭代器初始化，只要数据类型匹配(*iterator对象的类型跟vector中存的数据类型是一致的)：
string s("hello world");
vector<char> v3(s.begin(),s.end());
迭代器进行初始化模板函数实际是这样实现的：
temolate<class InputIterator>
vector(InputIterator first,InputIterator last)
{
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
我们定义下面两个对象有没有差别？
string s("111111");
vector<char> vc(6,'1');//调用构造函数
能不能用vc替代s？
不能，vector里面给char，虽然它们底层都是数组中存char类型数据，但是还是不一样的，s对象中指向的空间结尾有\\0，string的很多操作是独有的，比如+=字符串等等
vector成员函数的使用
上面知道了vector类对象如何初始化，那么我们想要遍历该对象该怎么遍历呢？
首先使用push_back尾插进去数据，遍历方法：
1、下标+[]
2、迭代器遍历
3、范围for遍历
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector()
{
vector<int> v;
//使用push_back尾插数据
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//遍历vector
//1、下标+[]
for(size_t i =0;i<v.size(),i++)
{
v[i]-=1;
cout<<v[i]<<" ";
}
cout<<endl;
//2、迭代器
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it!=v.end())
{
*it += 1;
cout<<*it<<" ";
++it;
}
cout<<endl;
//范围for
for(auto e:v)
{
cout<< e <<" ";
}
cout<<endl;
}
int main()
{
test_vector();
return 0;
}
我们还可以利用反向迭代器进行反向遍历：
void test_vector()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//反向迭代器进行遍历
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while(rit!=v.rend())
{
cout<<*rit<<" ";
++rit;
}
cout<<endl;
}
这里的rit不是原生指针，而是被封装的类对象，重载operator++才能实现++rit时，倒着走。
max_size
返回vector可以容纳的最大元素数。实际中并没有什么意义
void test_vextor3()
{
vector<int> v;
cout<<v.max_size()<<endl;//没什么意义
v.reserve(10);//开空间，改变容量
}
reserve
如果n大于当前对象的容量，该函数将使容器的容量增加至少n个数据。其他情况容量不会改变
好多人在reserve改变容量后会这样去访问数据：
for(size_t i =0;i<10;i++)
{
v[i]=i;//error
}
这样是错误的，operator[]会检查_size，会造成越界报错
正确的访问方式：
for(size_t i =0;i<10;i++)
{
v[i]=push_back(i);//正确
}
resize
改变这个vector对象的长度为n，如果n小于当前vector的长度，则将当前值缩短到第n个数据，删除第n个以外的数据。如果n大于当前vector对象长度,延长该vector对象长度，并在最后插入指定内容直到达到的延长后的长度n。如果指定值, 用该值来初始化,否则,他们初始化为匿名对象。
v.resize(20);//开空间+初始化
assign
分配新的内容给vector，代替它当前的内容，并且修改它的大小。可以看到assign函数的参数可以是迭代器，也可以是val个数和val
void test_vector4()
{
int a[]={1,2,3,4,5};
vector<int> v;
v.assign(a,a+4);
//v.assign(3,4);//这样可以分配3个4给v
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
需要注意的是迭代器传值时的区间是左闭右开
也可以这样分配内容：
v.assign(3,4);
insert
void test_vector5()
{
int a[]={1,2,3,4,5};
vector<int> v(a,a+5);
//头插
v.insert(v.begin(),0);
for(auto e:v)
{
cout<< e <<" ";
}
cout<<endl;
}
那么我们假设想在2的前面插入呢？我们想一想我们肯定先需要找到2这个元素，才能在它前面插入元素，而我们发现vector当中没有find函数，但是在算法里面有一个find函数模板以提供使用：
find函数参数是迭代器区间以及需要找到的val值，返回的是这段区间第一次发现的元素的迭代器，如果没有发现则返回的是last，我们想要在2之前插入元素：
void test_vector5()
{
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
vector<int> v(a, a + 5);
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),2);
if(pos!= v.end())
{
v.insert(pos,20);
}
for(auto e:v)
{
cout<< e <<" ";
}
cout<<endl;
}
在算法模块还有一个函数便于我们使用：sort函数
void test_vector6()
{
int a[] = { 1,2,3,4,5 };
vector<int> v(a, a + 5);
//默认排升序
sort(v.begin(),v.end());
}
它默认是排升序，但是我们还可以进行排降序，需要加一个参数：
//排降序 -- 关于greater<int>是一个仿函数类
sort(v.begin(),v.end(),greater<int>())
这里我们不深讲解这个参数，重点讲解vector
我们还可以用sort对数组进行排序：
void test_vector6()
{
//指向数组的空间的指针是天然的迭代器
int a1[]={30,1,13,23,42};
sort(a1,a1+5);//也可以对数组排序
for(auto e:a1)
{
cout<< e <<" ";
}
cout<<endl;
}
指向数组的空间的指针是天然的迭代器，故也是可以对数组进行排序的
erase
void test_vector5()
{
int a[]={1,2,3,4,5};
vector<int> v(a,a+5);
//头插
v.erase(v.begin());
//删除2
//没有find，在算法里面有一个find函数模板以提供使用
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),2);
if(pos!= v.end())
{
v.erase(pos);
}
}
vector的数据还可以是vector，类似于二维数组，我们来看一道题：
杨辉三角
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:
vector<vector<int>> generate(int numRows)
{
vector<vector<int>> vv;
//开辟杨辉三角的空间
vv.resize(numRowd);
for(size_t i = 0;i<vv.size();i++)
{
vv[i].resize(i+1,0);//第一行一个数据，第二行二个...第五行五个
//每一行第一个和最后一个初始化为1
//vv[i].front() = 1;
vv[i][0] = 1;
vv[i][vv[i].size()-1]] = 1;
}
for(size_t i =0;i<vv.size();++i)
{
for(size_t j=0;j<vv[i].size();++j)
{
if(vv[i][j]==0)
{
vv[i][j] = vv[i-1][j]+vv[i-1][j-1];
}
}
}
return vv;
}
};
vector的模拟实现
模拟实现的目的是为了学习它的一些细节和核心框架，我们模拟实现时将vector分装在一个命名空间中，防止与std中的vector冲突，首先vector是模板，所以我们需要将vector写成模板的样子：
namespace ZSB
{
template<class T>
class vector
{
public:
//...
private:
//...
};
}
那么我们的成员变量有些什么呢？
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
_start， _finish，_endofstorage;这三个变量都分别代表什么意思呢？_start指向数据的头，_finish指向数据结束的下一个位置，_endofstorage指向容量结束的下一个位置。iterator又是什么呢？是迭代器，在vector中的迭代器其实也是指针，只是将他typedef了：
迭代器和const迭代器的模拟实现
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
可以看到vector当中的迭代器也是相当于指针，只是将指针typedef了
无参构造函数的模拟实现
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{}
将三个成员变量初始化为nullptr
size、capacity、empty成员函数的模拟实现
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
_start指向数据的头，_finish指向数据结束的下一个位置，_endofstorage指向容量结束的下一个位置，finish减去start就是size，endofstorage减去start就是capacity，判断是否为空，只需知道start是否等于finish即可
operator[]模拟实现
T& operator[](size_t i)
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i)const
{
assert(i >= 0 && i < size());
return _start[i];
}
operator[]和const修饰的operator[]模拟实现
reserve模拟实现
//开空间
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();//以防_start被改，size计算错误。保存size
T* tmp = new T[n];
if(_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
//_finish = _start+size();//error，因为_start已经被修改，size计算错误了
_endofstorage = _start + n;
}
}
当reserve的参数n大于容量时，则需要扩容，这里需要注意的是我们需要先将size保存下来以便后面更新成员变量，然后再进行开空间然后拷贝，拷贝完成需要更新成员变量
这里不能使用memcpy进行拷贝，原因是什么我们放在最后面说明。
resize模拟实现
void resize(size_t n, const T以上是关于C++STL之vector的使用和实现的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章