【C++】vectore

原创已于 2025-09-05 23:28:21 修改 · 940 阅读

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#c++ #开发语言

于 2025-09-05 23:27:58 首次发布

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1.vector的介绍及使用

1.1vector的介绍

学习过string后，任何SLT就基本上会了个地基了，相关使用、迭代器等道理都很相近的，但个别地方还是值得认真学习的。

1.2vector的使用

vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator 的使用

 v1.begin();//获取第一个数据位置的iterator/const_iterator，
 v1.end();// 获取最后一个数据的下一个位置的iterator / const_iterator
 v2.rbegin();//获取最后一个数据位置的reverse_iterator
 v2.rend();//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

v1.size();    //获取数据个数
v1.capacity();//获取容量大小
v1.empty();   //判断是否为空
v1.reserve(20);//改变vector的capacity
v1.resize(20,1);//改变vector的size 并初始化为1

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。

所以，如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了

1.2.4 vector 增删查改

	v1.push_back(5);//尾插
	vector<int>::iterator it = find(v1.begin(),v1.end(),5);//查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
	v1.insert(it, 10);//在pos位置插入数据
	v1.pop_back();//尾删
	v1.erase(v1.end());//删除position位置的数据
	v1.swap(v2);//交换两个vector的数据空间
	cout<<v1[1]<<endl;//operator[] 像数组一样访问

这里要注意一下，此swap函数是vector成员函数，在算法库中也包含了swap函数，其效果是一样的，个别slt成员函数中不支持交换，那么就需要调用算法库（比如string）

void test()
{
	vector<int>v1 = { 1,2,3,4,5 },v2 = { 6,7,8,9,10 };
	Print(v1, v2);
	cout << endl;

	swap(v1, v2);//算法库
	Print(v1, v2);
	cout << endl;

	v1.swap(v2);//成员函数
	Print(v1, v2);
}

void Print(vector<int>v1,vector<int>v2)
{
	cout << "v1:";
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "v2:";
	for (auto e : v2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

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)。

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。

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，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。
}

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的深度剖析及模拟实现

//vector.h
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<algorithm>
using namespace std;

namespace Xiaohai
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;
		
		/*vector()
		{}*/

		//强制编译器生成默认构造
		vector() = default;

		vector(initializer_list<T> il)
		{
			reserve(il.size());
			for (auto e : il)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		//
		vector(const vector<T>&v)
		{
			reserve(v.capacity());
			for (auto e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		//函数模板
		//任意类型容器迭代器初始化
		template <class InputIterator>
		vector(InputIterator start, InputIterator end )
		{
			while (start != end)
			{
				push_back(*start);
				++start;
			}
		}

		vector(int n, T val = T())
		{
			resize(n, val);
		}
		vector(size_t n, T val = T())
		{
			resize(n, val);
		}
		vector(long n, T val = T())
		{
			resize(n, val);
		}

		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._satrt);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
		}

		vector<T>& operator=(vector<int>v)
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

		~vector()
		{
			if (_start)
			{
				delete[] _start;
				_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
			}
		}

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}
		const_iterator begin()const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end()const
		{
			return _finish;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			if (n > capacity())
			{
				size_t oldsize = size();
				T* tmp = new T[n];
				//拷贝旧空间
				if (_start)
				{
					/*memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldsize);
					delete[]_start;*/
					for (size_t i =0;i<oldsize;i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];
					}
					delete[]_start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + oldsize;
				_end_of_storage = _start + n;
			}
		}

		T& operator[](size_t i)
		{
			assert(i < size());

			return _start[i];
		}

		const T& operator[](size_t i)const
		{
			assert(i < size());

			return _start[i];
		}

		size_t size()const
		{
			return _finish - _start;
		}

		size_t capacity()const
		{
			return _end_of_storage - _start;
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _end_of_storage)
			{
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
			}
			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		void pop_back()
		{
			//assert(_finish>_start);
			assert(!empty());
			--_finish;
		}

		bool empty()const
		{
			return _finish==_start;
		}

		void insert(iterator pos,const T& val)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);
			if (_finish == _end_of_storage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
				// 更新pos
				pos = _start + len;
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = val;
			++_finish;
		}

		iterator erase(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos < _finish);

			//挪动数据
			iterator it = pos + 1;
			while (it!=_finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}

		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}

		void resize(size_t n,T val = T())
		{
			if (n > size())
			{
				reserve(n);
				while (_finish != _end_of_storage)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
			else
			{
				_finish = _start + n;
			}
			
		}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _end_of_storage = nullptr;
	};

}

注意：

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. 如果拷贝的是自定义类型的元素，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。

int main()
{
 Xiaohai::vector<Xiaohai::string> v;
 v.push_back("1111");
 v.push_back("2222");
 v.push_back("3333");
 return 0;
}

如果对象中涉及到资源管理时，则不能使用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。

void reserve(size_t n)
{
	if (n > capacity())
	{
		size_t oldsize = size();
		T* tmp = new T[n];
		//拷贝旧空间
		if (_start)
		{
			/*memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * oldsize);
			delete[]_start;*/
			for (size_t i =0;i<oldsize;i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[]_start;
		}
		_start = tmp;
		_finish = _start + oldsize;
		_end_of_storage = _start + n;
	}
}