【vector】爆肝 5 天!C++ vector 从入门到精通:标准库用法 + 手搓源码 + 90% 初学者踩过的面试坑全解
vector
类中可以把
void swap(vector<T>& v)写成void swap(vector & v)
0.是什么
template < class T, class Alloc = allocator<T> > class vector; // generic template
——>是一个类模板
头文件:<vector>
1.构造
vector<int>v1;//创建一个空vector
vector<int>v2(10, 1);//创建一个vector,里面有10个1
vector<int>v3(++v2.begin(), --v2.end());//按迭代器创建一个vector,里面有8个1
//迭代器换成数组下标
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> v4(arr, arr + 5);
vector<int> v { 2,3,4,6,1,7 };//后面再说
vector<int>类模板实例化vector<int> v1;用这个 类 定义了一个对象(变量)v1,并调用默认构造函数。vector<int> v2(10, 1);用这个 类 定义了一个对象(变量)v1,并调用 构造函数
为什么直接用数组下标也能构造?
指针满足迭代器的所有要求,指针可以直接用来充当迭代器
vector有(范围)构造函数:
template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last);是一个模板函数,它不关心 传进来的 类型,只要 满足 " 迭代器" 就行。
——>通过这个模版生成函数来构造
(模板函数自动类型推导的知识在这里:【纯干货】C++ 模板核心知识点 函数模板 / 类模板语法 + 面试高频坑(类型推)导 / 实例化 / 分离编译)
2.遍历
- 下标(实际上是 重载operator[ ])
- 通过迭代器
- 范围for
vector<int> v { 2,3,4,6,1,7 };
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
cout << v[i] << ",";
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << endl;
++it;
}
for (auto e : v)
cout << e << " ";
有关类和对象的知识,在这里:
【万字干货】C++类和对象从入门到精通:内存划分/访问限定符/this指针/默认成员函数/const用法/类型转换全拆解,附C++实现顺序表、链表、栈——吃透大厂面试高频考点-CSDN博客
AI问了好久!终于搞懂 C++ 命名空间 / 类 / 对象,90% 初学者都踩过的 getline 天坑全解-CSDN博客
类 = 类型,对象 = 用这个类型创建出来的变量。
概念 对应现实事物 说明 头文件( #include <string>)电脑上的文件夹 按功能分类存放代码的容器 命名空间( std)文件夹里的大箱子 防止名字冲突的隔离层 类( std::string)箱子里的小盒子 自定义的类型,描述一类事物的共同属性和行为 对象( std::string s;)用小盒子装的具体物品 用类创建出来的变量,是实际存在的实体 函数( std::getline)箱子里的独立工具 完成特定功能的代码块 全局对象( std::cin)箱子里已经装好的现成工具 标准库提前创建好、可以直接使用的对象
- C++ 标准库所有的东西都在
std这个命名空间里- 同名的命名空间会自动合并
- 不同的标准库头文件,只是把
std这个大命名空间分成了不同的小块
3.reserve
文档中说不会缩容
If n is greater than the current vector capacity, the function causes the container to reallocate its storage increasing its capacity to n (or greater).
In all other cases, the function call does not cause a reallocation and the vector capacity is not affected.
vector<int> v { 2,3,4,6,1,7 };
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
v.reserve(10);
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
v.reserve(6);
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
size:6
capacity:6
size:6
capacity:10
size:6
capacity:10
4.resize
- n<size,删除数据
- n>size,插入数据(插入传的第二个参数,没传就用
value_type()),空间(capacity)不够就扩容
value_type是容器的元素类型别名,value_type()就是该元素类型的默认构造函数。比如:
vector<int>的value_type()就是int()→ 0vector<string>的value_type()就是string()→ 空字符串resize 扩容时,如果你没指定填充值,就用这个默认值填充新元素。
vector<int> v { 2,3,4,6,1,7 };
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
v.resize(10);
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
v.resize(2);
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
cout << "size:" << v.size() << endl << "capacity:" << v.capacity() << endl;
2 3 4 6 1 7
size:6
capacity:6
2 3 4 6 1 7 0 0 0 0
size:10
capacity:10
2 3
size:2
capacity:10
5.插入
5.1push_back
vector<int> v { 2,3,4,6,1,7 };
v.push_back(88);
5.2insert
‼️注意点:
insert 后迭代器可能失效(
insert可能导致扩容,所有迭代器、引用、指针失效。)

- 头插/中间插入(通过迭代器)
- 插入多个数据
- 通过迭代器
- 连续插入相同数据
vector<int> v1 { 2,3,4,6,1,7 };
v1.insert(v1.begin() + 3, 5);
//打印
vector<int> v2 { 1,1,1,1,1,1 };
v1.insert(v1.begin(), v2.begin(), v2.begin() + 4);
//打印
v1.insert(v1.begin(), 2, 0);
//打印
2 3 4 5 6 1 7
1 1 1 1 2 3 4 5 6 1 7
0 0 1 1 1 1 2 3 4 5 6 1 7
手搓
1.private:
// vector.h
namespace lcj
{
template<class T>
class vector
{
public:
// ...
private:
iterator _start = nullptr; // 指向数组的起始位置
iterator _finish = nullptr; // 指向最后一个有效数据的下一个位置
iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向整个已分配空间的末尾
};
}
2.size,capacity,empty
// 返回有效元素个数
size_t size() const { return _finish - _start; }
// 返回总容量
size_t capacity() const { return _end_of_storage - _start; }
// 判断是否为空
bool empty()const
{ return _start == _finish; }
3.实现迭代器和operator[ ]
➡️有关 const对象,const函数 的知识,可以点击这里进行学习⬅️
- 普通对象(非 const 对象)既可以调用 const 成员函数,也可以调用非 const 成员函数。
- const 对象只能调用 const 成员函数
// vector的迭代器本质就是原生指针!
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
// 普通迭代器(可以修改元素)
iterator begin() { return _start; }
iterator end() { return _finish; }
// const迭代器(只能读不能改)
const_iterator begin() const
{ return _start; }
const_iterator end() const
{ return _finish; }
// 普通版本,可以修改元素
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size()); // 下标越界直接崩溃,比原生数组安全
return _start[i];
}
// const版本,只能读不能改
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
void print()const
{
const_iterator it = begin();
while (it != end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : *this)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
为什么要专门新建一个:const迭代器
const_iterator呢?**原因:**const 对象就是代表“只读不修改”,如果返回普通迭代器就可以修改内容
reserve扩容
1.浅拷贝
此处使用的
memcpy是逐字节拷贝,对于std::string、vector等类类型,会导致浅拷贝,后面会细说
❌错误示例:
-
size()是个函数,这时候会计算:
_finish - _start;,可是这时候:_start = tmp;,start已经不是原来的start了——>计算的size()是错的
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + size();
_end_of_storage = _start + n;
}
}
修改方式1:
- 先改_finish:
_finish = tmp + size();,这时候size()还是用的原来的_finish
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
delete[] _start;
_finish = tmp + size();
_start = tmp;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
修改方式2:
- 提前记录下原来的有效元素个数
// vector.h
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t old_size = size(); // 1. 先记录下原来的有效元素个数
T* tmp = new T[n]; // 2. 开新空间
memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T)); // 3. 拷贝数据
delete[] _start; // 4. 释放旧空间
_start = tmp; // 5. 更新三个指针
_finish = tmp + old_size;/////////////////////////////////////////////////////////////////
_end_of_storage = tmp + n;
}
}
2.深拷贝
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t old_size = size();
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_finish = tmp + size();
_start = tmp;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
push_back
void push_back(const T& x)
{
// 检查是否需要扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x; // 在当前finish位置存放数据
++_finish; // 移动 finish 指针
}
实现print
类内
namespace lcj 内的class vector 中
void print()const
{
const_iterator it = begin();
while (it != end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : *this)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
类外1
namespace lcj 内的class vector 外
没有实例化的类模板不能直接取得
const_iterator如果想用:
- 加
typename,且只能加typename(不能用class)- 用
auto
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
///没有实例化的类模板不能直接取得const_iterator,且只能加typename
typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
类外2
namespace lcj 内的class vector 外
没有实例化的类模板不能直接取得
const_iterator如果想用:
- 加
typename,且只能加typename(不能用class)- 用
auto
template<class Container>
void print_container(const Container& v)
{
///没有实例化的类模板不能直接取得const_iterator,且只能加typename或者使用auto
// typename Container::const_iterator it = v.begin();
auto it=v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
for (auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
➡️豆包的详细介绍⬅️
insert
reserve后,pos改变 ➡️pos = _start + len;`——>更新迭代器
iterator insert(iterator pos, T x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator end = _finish - 1;
int len = pos - _start;
///扩容——注意迭代器失效
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
/// 挪动数据
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
///改变_finish
_finish++;
return ++pos;
}
迭代器失效
- 扩容导致_start 等指针都是新地址,原来的pos等地址不可用
- 不扩容的insert导致原指针意义改变,也不建议用(vs有强制检查,会报错)
erase
- 迭代器也失效了‼️
⬇️没有考虑vector中是容器的情况——没有调用析构
iterator erase(iterator pos)
{
int len = pos - _start;
while (pos != _finish)
{
*pos = *( pos+1);
pos++;
}
--_finish;
pos = _start + len;
return pos;
}
⬇️ 考虑vector中是容器的情况——给删掉的位置上调用析构函数
// ✅ 正确:先销毁要删除的元素
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);
pos->~T(); // 先调用被删除元素的析构函数
// 向前移动元素
iterator it = pos;
while (it != _finish - 1)
{
*it = *(it + 1);
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
resize
内置类型也有了构造函数
int i=int(),默认是0
n<size:删除数据- _finish
- 其他情况:reserve:需要就扩容
size<n<capacity:n>capacity
void resize(size_t n, T val = T())///调用默认构造
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n ;
}
else
{
reserve(n);
while (size() < n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
考虑 “ 直接赋值覆盖被删除元素,不会调用其析构函数,对于string、vector等自定义类型会导致 内存泄漏。”
// ✅ 缩容时逐个调用析构函数
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())//缩容
{
// 增加了析构函数的调用
for (iterator it = _start + n; it != _finish; ++it)
{
it->~T();
}
_finish = _start + n;
}
else//扩容
{
reserve(n);
while (size() < n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
clear
void clear()
{
_finish = _start;
}
void clear()
{
// 逐个调用元素的析构函数
for (iterator it = _start; it != _finish; ++it)
{
it->~T();
}
_finish = _start;
}
swap
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
为什么要自己写一个:
swap❓原因:
C++ 标准库提供的通用
std::swap如下:template<class T> void swap(T& a, T& b) { T temp = a; // 拷贝构造 a = b; // 赋值 b = temp; // 赋值 }这个实现对于
int、double这种内置类型没问题,但对于vector这种需要深拷贝的类型,就是灾难:
交换两个有 100 万个元素的 vector,默认
std::swap会:
- 拷贝 100 万个元素到 temp
- 再拷贝 100 万个元素到 a
- 再拷贝 100 万个元素到 b
总时间复杂度:O(n),还要触发 3 次内存分配和释放
自己写的只做了3 次指针交换,👍
上面的拷贝构造,会导致两个vector指向相同的空间,会出问题
析构
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = 0;
}
}
构造
- 两种写法(因为拷贝构造的存在——>如果这时候不自己写一个构造,编译器不会自动生成‼️——>必须自己写)
⬇️❌不完全写法,因为它们会是随机的野指针,而不是nullptr。
vector()
{ }
vector() = default;//C++11有的
default默认构造⬆️
实际上的写法:
缺省声明
**作用:**初始化列表没有给这个成员变量初始化的时候用。(const,引用,没有默认构造函数的成员函数 不能用‼️,只能在初始化列表里初始化‼️)
// vector.h
namespace lcj
{
template<class T>
class vector
{
public:
可能写法1:vector()
{ }
可能写法2:vector() = default;
private:
iterator _start = nullptr; // 指向数组的起始位置
iterator _finish = nullptr; // 指向最后一个有效数据的下一个位置
iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向整个已分配空间的末尾
};
}
和string的默认构造比较一下:
string(const char* s = "") { _size = strlen(s); // 空字符串长度是0 _capacity = _size; // 容量也是0 _str = new char[_capacity + 1]; // 必须分配1个字节存'\0' strcpy(_str, s); // 把'\0'拷贝进去 }
拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
operator=
古代写法:
vector& operator =( const vector<T>& v)
{
if (this != &v)
{
///这里不用delete[], 避免再次开空间+resize等
//delete[] _start;
clear();
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
return *this;
}
现代写法:
vector& operator =( vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
v就是拷贝构造来的,不是原来的,安全,直接和*this 交换。
而且v销毁后也可以直接调用析构,析构掉原来的*this 中的东西。👍
区间构造
类模板的成员函数,还可以继续是函数模版
namespace lcj 内的class vector 中
class vector 是一个类模板:template<class T>
// 类模板的成员函数,还可以继续是函数模版
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
使用实例:
void test_vector1()
{
vector<double> v;
v.push_back(1.1);
v.push_back(2.2);
v.push_back(3.3);
v.push_back(4.4);
v.push_back(5.5);
v.push_back(6.6);
vector<double> v2(v.begin() + 1, v.begin() + 3);
print_vector(v2);
print_vector(v);
}
2.2 3.3
1.1 2.2 3.3 4.4 5.5 6.6
填充构造
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
错误 : vector<int> v2(3,1);会调用上面的区间构造模板函数:vector(InputIterator first, InputIterator last)
因为类型转换更少
解决方法:
- 写两个填充构造函数,减少类型转换
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}

总代码
vector.h
#pragma once
#include<assert.h>
#include<iostream>
using namespace std;
namespace lcj
{
template<class T>
class vector
{
public:
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;
}
//vector()
//{ }
vector() = default;
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.size());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = 0;
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
//vector& operator =( const vector<T>& v)
//{
// if (this != &v)
// {
// ///这里不用delete[], 避免再次开空间+resize等
// //delete[] _start;
// clear();
// for (auto& e : v)
// {
// push_back(e);
// }
// }
// return *this;
//}
vector& operator =( vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
void clear()
{
_finish = _start;
}
size_t size()
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()
{
return _end_of_storage - _start;
}
//void reserve(size_t n)
//{
// if (n > capacity())
// {
// T* tmp = new T[n];
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
// delete[] _start;
// _finish = tmp + size();
// _start = tmp;
// _end_of_storage = _start + n;
// }
//}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t old_size = size();
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_finish = tmp + size();
_start = tmp;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& x)///T 的种类不确定,如果是个类,传值会拷贝构造
{
if (_finish == _end_of_storage)
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
*_finish = x;
++_finish;
}
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
const T& operator[](size_t i)const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
void print()const
{
//const_iterator it = begin();
//while (it != end())
//{
// cout << *it << " ";
// ++it;
//}
//cout << endl;
for (auto e : *this)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
void pop_back()
{
assert(empty());
--_finish;
}
iterator insert(iterator pos, T x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
iterator end = _finish - 1;
int len = pos - _start;
///扩容——注意迭代器失效
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
/// 挪动数据
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = x;
///改变_finish
_finish++;
return ++pos;
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
int len = pos - _start;
while (pos != _finish)
{
*pos = *( pos+1);
pos++;
}
--_finish;
pos = _start + len;
return pos;
}
void resize(size_t n, T val = T())///调用默认构造
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n ;
}
else
{
reserve(n);
while (size() < n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
template<class Container>
void print_container(const Container& v)
{
///没有实例化的类模板不能直接取得const_iterator,且只能加typename
typename Container::const_iterator it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
// cout << *it << " ";
// ++it;
//}
//cout << endl;
for (auto& e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
///没有实例化的类模板不能直接取得const_iterator,且只能加typename
typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
// cout << *it << " ";
// ++it;
//}
//cout << endl;
for (auto& e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
}
void test_vector1()
{
/*vector<double> v;
v.push_back(1.1);
v.push_back(2.2);
v.push_back(3.3);
v.push_back(4.4);
v.push_back(5.5);
v.push_back(6.6);*/
/*for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
cout << v[i] << endl;*/
/*v.print();*/
//auto pos = find(v.begin(), v.end(), 1.1);
//pos = v.insert(pos + 1 , 1.23);
//print_vector(v);
//v.insert(pos, 2.33);
//print_vector(v);
//v.erase(find(v.begin(), v.end(), 2.33));
//v.resize(10);
//vector<double> v2(v.begin() + 1, v.begin() + 3);
vector<string> v2 ;
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
v2.push_back("hello");
print_container(v2);
//print_vector(v);
}
}
test.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include<iostream>
using namespace std;
#include "vector.h"
int main()
{
lcj::test_vector1();
return 0;
}
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