C++初阶:vector类vector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现
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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++初阶:vector类vector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现相关的知识,希望对你有一定的参考价值。
文章目录
【写在前面】
相比于 string,vector 的使用更加容易上手的,且它的接口比 string 要少上许多,再加上我们已经学过类似的 string,并且在数据结构篇的顺序表就已经触及过了。vector 在实际中也非常的重要,在实际中我们熟悉常见的接口就可以了。
在 vector 开始我们就可以尝试着去瞅一瞅 STL 的源码了,string 为什么没看的原因,在之前也说过,对于 string 是在 STL 这个规范前被设计出来的。我们的瞅的源码主要参考 P.J 版本和 SGI 版本。
怎么看 ❓
-
P.J
对如下代码打断点后调试,单步执行就可以查阅了
Visual Studio 2017 参考如下目录:
但是对于 P.J 版本的有些地方还涉及了 C++11 的优化,可能会看不懂,所以我们主要参考 SGI 版本。 -
SGI
这里有一本书《STL源码剖析》,它用的是 STL3.0 的版本,有需要的同学可私信电子版本。当然这本上核心的内容我们都会学习。
stl3.0 一览 ❓
-
解包后,找到 vector 并打开
-
找到 stl_vector.h 并打开(核心代码也就 500 多行)
-
怎么阅读
众所周知,看别人的代码是一件很痛苦的事情,如果他的水平高于你,那么你是能成长的,但是看的过程中不要一行一行的去看,这样会导致你只见树木不见森林。这里记住 “二八原则”,一个 1000 行的代码,只有 200 行是最核心的,只要把这 200 行看懂了,那么就都懂了。
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核心代码简单筛选如下
需要查阅的文件:vector ➡ stl_vector.h ➡ stl_construct.h
💨vector
#include <stl_algobase.h>
#include <stl_alloc.h>
#include <stl_construct.h>
#include <stl_uninitialized.h>
#include <stl_vector.h>
#include <stl_bvector.h>
💨stl_vector.h
//这里的模板给的是缺省参数,也就意味着不传也行。Alloc是空间配置器,是一个内存池去申请和释放空间,我们直接用new也行,只不过内存池的效率要高一点
template <class T, class Alloc = alloc>
class vector
public:
typedef T value_type;
typedef value_type* iterator;
protected:
//这里为啥没有看到指针、size、capacity之类的东西? ———— 我们可以先看下iterator是啥(在public里已经指明了)
//所以这里就给了三个T*的指针
iterator start;
iterator finish;
iterator end_of_storage;
public:
//其次还可以去看下它的构造函数,它完成了对3个成员变量的初始化工作
vector() : start(0), finish(0), end_of_storage(0)
//其次再看下push_back的实现
//现阶段我们看源码还是有些难度的,等到后期我们会深挖
void push_back(const T& x)
//说明没满
if (finish != end_of_storage)
//这里不是直接赋值,而是调用construct,原因这里要对一块已有的空间显示调用构造函数初始化,我们在stl_vector.h里并没有找到有关实现
//其实这里就要结合vector来看了,上面我们不是有一堆头文件嘛,那么它的实现肯定就在stl_vector.h上面的头文件中————stl_construct.h
construct(finish, x);//怎么实现的?
++finish;
//满了,增容
else
insert_aux(end(), x);//怎么实现的?
💨stl_construct.h
//construct是一个函数模板2
template <class T1, class T2>
inline void construct(T1* p, const T2& value)
new (p) T1(value);//定位new表达式
📝补充
对于顺序表而言,虽然它改名为 vector 了,但它的实现跟以前的了解的还是大同小异的。
一、vector的介绍及使用
💦 vector的介绍
- vector 是表示可变大小数组序列 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。当新元素插入的时候,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组增长的间隔大小,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
1、vector的定义
(constructor)构造函数声明 | 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 |
📝说明
-
default(1)
这里给的是一个缺省值,现在这个阶段我们只要看到 alloc 就可以直接忽略它,它是 STL 六大组件中的空间配置器。 -
fill(2)
value_type 是第一个模板参数,它是一个 \\0
-
range(3)
这里的迭代器还是一个函数模板,也就是说这里的迭代器不一定是 vector 的迭代器
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;
void test_vector1()
vector<int> v;
//在C实现数据结构中我们的代码风格是驼峰法,而STL整体的风格是小写和下划线分隔的风格
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
//遍历vector
//1、operator[]
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;
//3、范围for
for(auto& e : v)
++e;
cout << e << " ";
cout << endl;
//为什么有了vector,还要有string呢
//vector里给char,虽然它们底层都是数组中存储char,但是还是不一样的
//相比T是char的vector,s对象中指向的空间结尾有\\0,这样符合很多规范,比如需要去玩strstr、strcpy等,而vector不能玩+=字符串等
//所以说T是char的vector不能去替代string
string s("111111");
vector<char> vc(6, '1');
//可以使用一段迭代器区间去构造,也可以控制这一段区间,且这里属于深拷贝(所有自己有独立空间的都要深拷贝)
vector<int> v1(v.begin(), v.end());
vector<int> v2(++v.begin(), --v.end());
//可以使用其它容器的迭代器去构造,只要数据类型可以匹配上(*iterator对象的类型跟vector中存的数据类型是一致的)
string s1("hello world");
vector<char> v3(s1.begin(), s1.end());
//vector<char*> v3(s1.begin(), s1.end());//err,无法从char转换到char*
//怎么实现的
/*template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
while(first != last)
push_back(*first);
++first;
*/
//拷贝构造
vector<int> v4(v);
int main()
test_vector1();
return 0;
📝补充
-
List item
这里我们发现一个问题,我们在用容器时,都不关心析构,因为出了作用域它自动调用,但是你得知道析构函数的价值。 -
List item
vecor 是没有设计写时拷贝的,string 有可能设计了,并且之前也说了在 STL 容器上,写时拷贝也是存在缺陷的,所以并不是特别主流,g++ 下有用过,但好像后面还是舍弃了(这里后面会验证)
2、vector iterator的使用
接口 | 说明 |
---|---|
⭐begin+end | 获取第一个位置的 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,获取第一个数据的前一个位置的 reverse_iterator |
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
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);
//begin+end,这里和string非常相似,可以说迭代器就是指针
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it != v.end())
cout << *it << " ";
++it;
cout << endl;
//rbegin+rend,rbegin(rit)指向5,rend指向1,++rit怎么会倒着走呢
//这里rit其实不再是原生指针了,它是一个被封装的类对象,重载operator++,才能实现++rit时是反向走,具体细节后面会说明
//所以这就是之前为什么说迭代器不一定是(原生)指针的原因
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while(rit != v.rend())
cout << *rit << " ";
++rit;
cout << endl;
int main()
test_vector1();
return 0;
📝补充
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 | 改变 vector 的 size |
⭐reserve | 改变 vector 放入 capacity |
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector1()
vector<int> v;
//开空间,改变容量,如果确定知道需要多少空间,reserve可以缓解vector增容所带来的代价
v.reserve(10);
/* err,错误访问,在之前string里就说明了operator[]会去检查下标是否小于size,[]只能去对size范围内的数据使用
for(size_t i = 0; i < 10; ++i)
v[i] = i;
*/
//ok,正确访问
for(size_t i = 0; i < 10; ++i)
v.push_back(i);
//开空间+默认初始化,resize会影响size
v.resize(20);
//开空间+指定初始化
v.resize(20, 1);
int main()
test_vector1();
return 0;
📝补充
-
List item
operator[] 和 at 的区别 ❓
它们的功能类似,区别点在于:operator[] 检查越界比较粗暴,如果下标大于等于 size,它会直接断言报错,并中止程序;而 at 报错会抛异常,捕获后,它不会直接中止掉程序。
-
List item
在 string 里也说明过了。这里vector 的 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,且这里的初始容量是 0;g++ 是按 2 倍增长的,且这里的初始容量也是 0。这个问题经常会考察,不要固化的认为,顺序表的增容都是 2 倍,具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs 是 PJ 版本的 STL,g++ 是 SGI 版本的 STL.
4、vector增删查改
vector 增删查改 | 接口说明 |
---|---|
⭐push_back | 尾插 |
⭐pop_back | 尾删 |
find | 查找(注意这个是算法模块的实现,不是 vector 的成员接口) |
insert | 在 position 之前插入 val |
erase | 删除 position 位置的数据 |
swap | 交换两个 vector 的数据空间 |
⭐operator[] | 像数组一样访问 |
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
#include<functional>
using namespace std;
void test_vector1()
std::vector<int> first;
std::vector<int> second;
std::vector<int> third;
//assign可以分配新内容,替换其当前内容,并相应地修改其size
//n个val
first.assign(7, 100);
//迭代器区间
std::vector<int>::iterator it;
it = first.begin() + 1;
second.assign(it, first.end() - 1);
//指针区间,这里myints指向1,myints+3指向4,为什么只输出1 2 3
//这里的两个参数myints,myints+3分别传给迭代器区间first,last。迭代器一定是一个左闭右开的区间[first, last),因为迭代器的循环条件是first!=last
int myints[] = 1, 2, 3, 4, 5 ;
third.assign(myints, myints + 3);
for(auto e : third)
std::cout << e << " ";
std::cout << "Size of first:" << int(first.size()) << '\\n';
std::cout << "Size of second:" << int(second.size()) << '\\n';
std::cout << "Size of third:" << int (third.size()) << '\\n';
void test_vector2()
int a[] = 1, 2, 3, 4, 5 ;
vector<int> v(a, a + 5);
//头插
v.insert(v.begin(), 0);
//在2的前面插入,可以先find 2,但是vector没有提供find,但是算法里提供了函数模板的find
//之所以算法里提供find的原因是vector要find,list要find,所以这里的find提供一个模板就解决了,你可以是vector的迭代器,也可以是list的迭代器,string的迭代器没必要,当然string里自己提供了,为什么string要自己提供呢
//因为string不仅要支持find一个字符,还要支持查找一个字符串,使用find要包algorithm
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
if(pos != v.end())//找不到返回last
v.insert(pos, 20);
void test_vector3()
//讲了算法里的find后,顺道再讲一下比较常用的sort
int a[] = 1, 20, 2, 3, 4, 5 ;
vector<int> v(a, a + 6);
//升序
sort(v.begin(), v.end());
//降序,这里需要传一个比较器对象,这里就涉及仿函数,具体在后面优先级队列会详细介绍,使用它需要包functional
/*greater<int> gt;
sort(v.begin(), v.end(), gt);*/
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());//同上,更推荐使用匿名对象
//sort不仅可以对容器排序,还可以对数组排序,因为指向数组空间的指针是天然的迭代器
//也就是说从现在开始就可以把C语言的qsort放弃了
int b[] = 30, 4, 50, 6, 7 ;
sort(b, b + 5);
void test_vector4()
int a[] = 1, 20, 2, 3, 4, 5 ;
vector(int> v(a, a + 6);
//头删
v.erase(v.begin());
//删除2
vector<int>::iterator pos = find(v.begin, v.end(), 2);
if(pos != v.end))
v.erase(pos);
int main()
test_vector1();
test_vector2();
test_vector3();
test_vector4();
return 0;
📝说明
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List item
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List item
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List item
operator[] 和 at 的区别 ❓
它们的功能类似,区别点在于:operator[] 检查越界比较粗暴,如果下标大于等于 size,它会直接断言报错;而 at 报错会抛异常,捕获后,它不会直接中止掉程序。
5、vector迭代器失效问题(建议与vector的模拟实现一起分析)
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(迭代器失效问题就类似于野指针问题),而使用一块已经被释放的空间,造成的后果就是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器,程序可能会崩溃)
#include<iostream>
#include<vector>
#include<algorithm>
using namespace std;
void test_vector1()
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(), 以上是关于C++初阶:vector类vector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现的主要内容,如果未能解决你的问题,请参考以下文章
C++初阶:STL —— vectorvector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现
C++初阶:STL —— vectorvector的介绍及使用 | 迭代器失效问题 | vector的深度剖析及模拟实现
C++初阶:STL —— listlist的介绍及使用 | list的深度剖析及模拟实现 | list与vector的对比
C++初阶:STL —— listlist的介绍及使用 | list的深度剖析及模拟实现 | list与vector的对比
C++初阶:STL —— listlist的介绍及使用 | list的深度剖析及模拟实现 | list与vector的对比