Vectorの前因后果

原创已于 2025-04-07 12:18:13 修改 · 976 阅读

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#c++ #c语言 #stl #数据结构 #开发语言

于 2025-04-07 12:15:18 首次发布

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Vectorの前因后果🏆

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Time: **2025/4/7 ** 2:12:28.

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Vectorの前因后果🏆

1.背景

⏳在1993年一个夜黑风高的晚上，C++祖师爷本贾尼（Bjarne Stroustrup）在处理当前手上项目的时候多次用到了C语言的静态数组，但是按照需求，他在使用的过程中被频繁需要变动数组大小的需求弄的不厌其烦。他意识到数组实时变动大小的实际应用场景很多很多，但是受限于C语言的玩法又没有一个好的解决办法。

🤓👆干脆祖师爷一拍桌子，联合Boost库（STL库前身）的一众人，打算在自己刚设计的C++语言里面添加一种支持动态扩容的数组形式。但如果只有这一个亮点话那根本没有花费这么多人精力的必要，他还打算扩展一下整个数组用法的生态——无论是泛型支持还是算法协同亦或是新的访问遍历例如迭代器等等，祖师爷都打算重新玩个大的😎，重新颠覆一下老破小的旧章。

就这样，集万千宠爱于一身的vector横空出世！在1994年vector被提交给C++标准委员会，1998年STL库被正式纳入C++98标准，vector成为C++标准库的重要组成部分！

在这里插入图片描述

2.配套接口

经过祖师爷之手，vector在他的带领下生态搭建的比较齐全，整个配套接口也有很多，用起来很舒服！ 最常见的增删查改外，还有例如：

//----Constructor：构造初始化---------------
	vector<int> v1;
	vector<int> vec = { 1,2,3,4,5 };
	vector<int> v2(10, 6);
	vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
	string s1("hello kisskernel");
	vector<char> v4(s1.begin(), s1.end());
//----------------------------------------

size_type max_size() const; //返回最大值
bool empty() const;//判断是否为空
void swap (vector& x);//交换vector
void clear();//清空vector
//...

在这里插入图片描述

😎其中有几个触及vector灵魂的接口，例如resize()重设size大小、reserve()预留空间(注意不是reverse)、capacity()容量大小等等我们后面会具体深入的讲到~

3.迭代器

标准STL库中有六大组件，分别是：

● 空间配置器（std::allocator…)

● 配接器

stack deque (默认) 后进先出（LIFO）
queue deque (默认) 先进先出（FIFO）
priority_queue vector (默认) 优先级队列（堆）

● 容器（vector/list/set/map…）

● 算法（sort()、find()、count()…）

● 仿函数(std::sort(vec.begin(), vec.end(), std::greater<int>()); )

● 迭代器（提供一种通用方法访问遍历所有容器）

`stack`	`deque` (默认)	后进先出（LIFO）
`queue`	`deque` (默认)	先进先出（FIFO）
`priority_queue`	`vector` (默认)	优先级队列（堆）

在STL所有的组件中，我认为设计的最好的一定是迭代器！

🤔什么是迭代器？？

迭代器就是指针！，只是被STL封装成一种可以统一访问迭代遍历的样子罢了…（QS:指针…哦不…迭代器已经变成你想要的形状了~🥵）

😊✌️它是这样…

begin()
end()
rbegin()
rend()

我们都可以把上面常用的函数叫成迭代器

🤓✌️也可以长这样…

	vector<int> v{ 1,2,3,4 };
	auto it = v.begin();

这里it的类型就是：std::vector::iterator，只是被auto自动识别了

🤔✌️或者熟悉用法之后迭代遍历长这样…

vector<int> nums = {1,2,3,4,5};
	vector<int>::iterator it = nums.begin(); //迭代器
	for (it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
		std::cout << *it << " ";  // 解引用迭代器获取元素值
	}

最简单普遍的使用迭代器访问的方法，不过毕竟是指针，get到元素还是要解引用使用*号。

🤣✌️而统一访问的样子最终是这样（核心优势）…

// 遍历vector（动态数组）
std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { /* ... */ }

// 遍历list（双向链表）
std::list<int> lst = {1, 2, 3};
for (auto it = lst.begin(); it != lst.end(); ++it) { /* ... */ }

可以说，只要涉及到访问遍历容器，迭代器绝对有着一席之地~

它不仅仅能够支持泛型编程，而且很重要的一点是有越界以及类型安全检查，这一点往往普通方括号访问[] 或者指针访问pointer*会产生越界发生未定义の行为！

3.1迭代器失效

那接下来我们来看一段代码

	vector<int> v{ 1,2,3,4 };
	auto it = v.begin();

	v.push_back(5);
	while (it != v.end()) {
		cout << *it;
		it++;
	}

请问这段简单的代码的运行结果？（VS演示）

在这里插入图片描述

我的编译器运行之后直接就报错了，报错原因是vector的迭代器不兼容。这又唱的是哪一出呢？这就是一个典型的野指针问题了。

其实这里就是我们vector的扩容机制在发力了

这里错误的原因是：我们push_back会有扩容机制的检查，如果发现数组大小不够用了vector就会扩容，而扩容的机制是深拷贝，而不是浅拷贝。

简单来说，就是重新开个新的更大的数组，然后把原来的旧元素都移到新的数组来。（😎QS：说人话就是人还是原来的那些人，不过搬到更大的房子里去了）

用图来表示就是这样：

在这里插入图片描述

it指向的位置已经被删除了，所以变成野指针的问题了，在这里俗称迭代器失效。

3.2 解决方案

可是大家在现实使用中发现，现实情况中我们几乎很少遇到这种情况是为什么呢？

原因是因为咱们大佬帮咱们把对策都想好了。😎👆

原来刚学的时候时候我一直很疑惑一个问题：

为什么vector的erase()删除函数的返回值是iterator迭代器类型？

在这里插入图片描述

按照常理来说一个删除函数的返回值不一般是void或者是bool来判断删除是否成功就行了吗？

现在我们知道了这是返回了一个新的迭代器位置，就是大佬们防止这种迭代器失效的情况出现的。

总之，我们只要养好平常的一些好习惯，例如：提前开好空间、正确使用函数等等，基本不会遇到这种迭代器失效的情况~

（🤔QS：为啥不直接使用[ ]访问就好了嘛哈哈哈,可能正式情况都会有安全上面的考虑吧…）

4.扩容机制（重点）

🤔vector既然能够动态调整数组大小，就必然涉及到扩容的问题。

而我们之前提到的resize()、reserve()、capacity()就是用来界定这个的。

如图：

在这里插入图片描述

reserve()函数是预留空间大小（空间不一定能访问）–对标容量函数capacity()

resize()函数是调整空间大小（空间可以访问）–对标数组大小函数size()

我们来看看STL3.0源码中的表现：

在这里插入图片描述

😊在这个函数中可以很明显的看到我们在通过指针界定新的下标位置，很明显就是一个深拷贝的动作！

那接下来我们结合一段很简单的代码，通过逐步调试以及监控查看内存我们来看看扩容具体是怎么一个扩法！！（QS:我看看怎么个事儿~😏）

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<int> vec; 
	vec.push_back(111); //6F
	vec.push_back(222); //DE
	vec.push_back(333); //14D	
	vec.push_back(444);
	vec.push_back(555);
	vec.push_back(666);//不扩容
	vec.push_back(777);
	vec.push_back(888);       
	vec.push_back(999);

	return 0;
}

按照扩容的深拷贝机制，只要容量大小不够用了，我们就会搬到新的数组里面去，也就是说**&vec[0]应该会变，但是&vec不会变**，因为移动的只是元素，而vec作为栈上面的一个对象自然地址不会改变。

首先插入第一个111：

在这里插入图片描述