C++ vector探索

stl容器之vector

需要了解：实现细节，扩容机制，如何插入元素、消除元素，一些操作的时间复杂度等。

vector(mingw-8.1.0)的介绍

vector是序列式容器，动态扩容，比之array更加灵活。对于序列式容器而言，扩容有以下操作：配置新空间、移动数据、释放旧空间，所以扩容机制需要更合理的策略。

vector的迭代器

迭代器类型：Random Access，因为其维护的是连续线性空间，与raw pointer一样支持各种操作。注意，vector中的push_back、insert、erase等操作都可能使先前获得的迭代器失效。

vector的数据结构

数据结构：线性连续空间。其内部具有三个迭代器。在mingw中，其内部有名为_Vector_impl的底层实现：

其中start指向使用空间的头，finish指向使用空间的尾，end_of_storage指向可用空间的尾。begin操作如下，iterator目的是将非类的迭代器(例如指针)转换为类的迭代器，里面定义了很多类型，且重载了各种操作符来支持不同迭代器类型。

vector的扩容机制

以push_back为例，该函数为左值版

首先检查空间是否充足

• 若充足，则直接调用construct函数在备用空间中构造元素。
• 若不充足，则调用扩容插入函数realloc_insert。

realloc_insert流程

①计算需要扩容后的空间大小，扩容前的空间大小，记录原始空间的start和finish指针，分配新内存并获得新空间的start指针。

其中_M_check_len函数实现如下，其先判断当前空间是否已达到最大可分配大小，如果达到则抛出error。如果未达到，则扩容后的大小为2倍size（如果size为0，则大小为1，因为vector可能为空）

②接下来就是try语句块，内含扩容插入过程，先看代码

c++11支持move操作，所以预编译宏中将construct第三个实参更换为经完美转发的右值引用参数，而我们一开始使用的是左值版，实际不会用move。

• 首先使用一个construct来为新添加的元素在新空间中的__new_start+__elems_before位置进行构造。
• 然后将原始空间中的元素全部复制（拷贝/移动）到新空间中，将指针指向已存储元素之后。
• 最后又出现了一次操作，是因为该函数也会被insert调用，便于将插入点后的元素进行复制，若不是insert则不会造成影响。

③如果构造新空间过程发生了错误，将进行异常处理，将元素进行析构（有时为了优化而什么都不做），然后将新分配的空间进行销毁，然后继续抛出异常。

④若构造成功，将对旧空间元素进行析构然后销毁。并让内部的三个指针指向新内存空间。

vector的erase操作

传入一个迭代器，也就是说可以对某个位置上的元素进行消除，对于一个连续空间而言，这样的操作花销极大。_M_earse实现如下

首先判断该位置是否是最末尾的元素

• 如果不是，把[__position+1,end()]范围内的元素移动到从该位置开始的空间。
• 如果是，那该元素就在finish前一位，直接将该位置的元素析构后就能作为新的end了。

vector的insert操作

以在某个位置insert多个元素为例

实现代码太多，这里就以《STL源码剖析》里面的策略进行总结：

当前空间充足，判断插入元素数量n与插入点之后的元素数量__elems_after。

• Ⅰ. 若n<__elems_after，则先将finish前n个元素全部拷贝到finish之后，更新finish后将插入点后的剩余元素复制到原finish前，最后填充n个元素。
• Ⅱ. 若n>=__elems_after，则先在finish后填充n-__elems_after个元素，然后将插入点后的元素复制到填空末尾，最后再向插入点后填充剩余元素。

不足时就用到扩容插入函数了，步骤基本上就是

• 分配新空间
• 插入点前元素复制到新空间
• 填充n个元素
• 将插入点后元素复制到新空间，也就是上面realloc_insert提及的额外步骤

时间复杂度