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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