Vector

最新推荐文章于 2025-11-09 22:43:18 发布
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#迭代器 #vector #STL

本文介绍了C++ STL中的vector，它是一个动态数组，提供了数组的便利性和动态性。讨论了vector的特性，如动态增长策略，以及如何通过push_back高效地添加元素。还详细解释了vector的迭代器失效情况，提醒在使用resize、reserve等操作时需要注意的问题。最后，文章警示了使用memcpy拷贝自定义类型对象可能导致的资源管理问题，强调在涉及资源管理时应避免浅拷贝。

一、vector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（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。
  7. vector: STL提供一个泛型的动态类型的顺序表,泛型:任意类型的元素都可以存储；顺序表:底层是一段连续空间；动态类型顺序表: vector会自动进行库容

二、vector接口说明

1、vector常见构造函数
在这里插入图片描述

#include <iostream>
#include <vector>
int main()
{
	// constructors used in the same order as described above:
	std::vector<int> first; // empty vector of ints
	std::vector<int> second(4, 100); // four ints with value 100
	std::vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through second
	std::vector<int> fourth(third); // a copy of third
	// 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分
	// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
	int myints[] = { 16,2,77,29 };
	std::vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
	std::cout << "The contents of fifth are:";
	for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
		std::cout << ' ' << *it;
	std::cout << '\n';
	return 0;
}

2、vector iterator的使用
在这里插入图片描述

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void PrintVector(const vector<int>& v) {
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	// 使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}
	// 使用反向迭代器进行遍历再打印
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;
	PrintVector(v);
	return 0;
}

3、 vector 空间增长问题
在这里插入图片描述

  • 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，顺序表增容都是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。

  • reserve(n):扩容的----在n大于vector旧容量的前提下才进行扩容—>1.开辟新空间⒉拷贝元素3.释放旧空间
    注意:仅仅只是扩容，不会改变vector中有效元素的个数

  • resize(newsize, data = T());将vector中有效元素改变到newsize个，多出的元素使用data来进行填充

注意:
1、参数newsize:假设在resize前，vector的旧元素个数为oldsize，旧容量为oldcapacity
newsize <= oldsize:直接将元素个数减少到
newsize oldsize < newsize <=oldcapacityc:将有效元素个数增大到newsize，多出的元素使用data进行填充，注意:不需要扩容
newsize > oldcapacity:将有序元素个数增大到newsize，多出的元素使用data进行填充，注意:需要扩容
2、参数data:
T是内置类型元素时，T()—>为0，即第二个参数为提供时，使用0进行填充
T是自定义类型时，T()调用该类无参构造|全缺省构造构造一个默认对象，如果类中没有无参构造|[全缺省构造则编译失败

4、 vector 增删查改
在这里插入图片描述

  • push_back:
    1.插入到尾部
    2插入时可能会扩容
    3.插入的是对象的拷贝
    4.如果知道push_back要插入多少个元素，尽量在插入前将空间给足，避免边插入扩容
    5.插入时间复杂度:平均为O(1)
    6.C++98中提供的push_back插入的是对象的拷贝
    C++11: emplace _push就地构造
    7.未扩容:O(1)扩容:O(N)
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 在pos位置之前插入30
	v.insert(pos, 30);
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);
	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}
  • T& operator[](size_t index);---->主要供普通类型的vector对象进行调用
    vector v{1,2,3.4.5};v[0] = 100;
  • const T& operator[](size_t index)const---->const类型对象调用该函数
    const vector v{1,2,3,4,5};
    cout<<v[0]<<endl;
  • 为什么此处需要提供两份:因为const类型对象不能访问普通类型的成员函数
  • 注意:
    在通过[访问vector任意位置的数据时,index不能越界
    operator[]在其实现内部是使用assert来检测是否越界
  • at:任意位置元素的访问操作---->功能上与operator[]完全相同，不同点: at下标如果越界，抛出out of range的异常

三、vector迭代器失效

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。

四、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; }
  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即高效又不会出错，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。
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    在这里插入图片描述
    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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