vector
·
1.vector的介绍及使用
1.1 vector的介绍
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(
deque, list and forward_list
),
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list
和
forward_list统一的迭代器和引用更好。
1.2 vector的使用
1.2.1 vector的定义
cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/

1.2.2 vector iterator 的使用
iterator
的使用 接口说明
begin
+
end
(重点)
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


1.2.3 vector 空间增长问题

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
。
1.2.4 vector 增删查改

1.2.5 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
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
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iterator
vector<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。
2.vector深度剖析及模拟实现

2.1 std::vector的核心框架接口的模拟实现bit::vector
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
namespace xyt
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
//默认构造:
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
}
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector(size_t n,const T& val=T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
resize(n,val);
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector <T>& operator=(vector<T>v)
{
swap(v);
return *this;
}
template<class Inputiterator>
vector(Inputiterator first, Inputiterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
//change the capacity of vector
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for(size_t i=0;i<v.size(),i++)
{
_start[i]=v._start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& x)
{
//扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
//指针减法的逻辑是【地址差/单个元素的大小】,算出来的就是元素个数
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
//在指定位置之后插入数据
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
//检查位置有效性
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
//如果容器已满
if (_finish == _endofstorage)
{
//为什么要算出pos到start的元素个数len?因为扩容之后迭代器会失效,如果还用之前的pos会导致插入失败
size_t len = pos - _start;
size_t sz = capacity();
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish ;
while (end > pos)
{
*(end) = *(end-1);
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
//在指定位置之后删除数据
iterator erase(iterator pos)
{
//检查位置有效性
assert(pos >= _start && pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
void resize(size_t n,const T&val=T()/*默认构造,注意不能给0,因为vector中储存的不一定是int类型*/)
{
//两种情况,第一种n>size,扩容;第二种n<size,缩容
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endofstorage;
};
}
2.2 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.
如果拷贝的是内置类型的元素,
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。
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