C++之vector
1. vector的介绍和使用
1.1vector的介绍
-
vector是表示可变大小数组的序列容器。
-
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。
-
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。
-
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。
-
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。
-
与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， 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list和forward_list统一的迭代器和引用更好
1.2 vector的使用
1.2.1 vector常用接口
1.2.1.1 构造
| 构造函数声明 | 结构说明 |
|---|---|
| vector() | 无参构造 |
| vector(size_type n, const velue_type& val = value_type()) | 构造并初始化n个val |
| vector(const vector& x) | 拷贝构造 |
| vector(InputIterator first, InputIterator last) | 使用迭代器进行初始化构造 |
1.2.1.2 iterator（迭代器）的使用
| 返回iterator的接口 | 接口说明 |
|---|---|
| begin、end | begin获取vector中指向第一个位置的iterator/const_iterator，end获取vector中最后一个位置的iterator/const_iterator |
| rbegin、rend | begin获取vector中指向第一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator，end获取vector中最后一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator |
1.2.1.3 空间相关接口
| 空间接口 | 接口说明 |
|---|---|
| size | 获取当前容器内有效元素的个数 |
| capacity | 获取当前容器的总容量 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize | 改变vector的size |
| reserve | 改变vector的capacity |
1.2.1.4 增删查改接口
| 增删查改接口 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| insert | 在指定位置前插入元素 |
| erase | 删除指定位置的元素 |
| swap | 交换两个vector对象的内容 |
| operator[] | 像访问数组一样访问vector |
这里我们发现，有很多接口和我们之前介绍的string接口几乎是一样的，使用方法也是类似的，这也是STL库的特点，不同容器的接口使用的明明风格是类似的，这让我们可以降低学习成本，更容易的去使用这些容器。
（上面介绍的接口中，有很多接口在前面C语言版本的顺序表中已经实现过，虽然命名等不一样，但是实现思路大致是相同的：002-顺序表）
1.2.2 vector 迭代器失效问题
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：
-
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。
-
指定位置元素的删除操作erase
-
与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
2. vector的模拟实现
为了与库中的vector进行区分，我们这里一样使用首字母大写Vector进行命名，并且封装在命名空间my中。
#pragma once
#include <iostream>
namespace my
{
template<class T>
class Vector
{
public:
// Vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
Vector() {}
Vector(int n, const T& val = T())
{
resize(n, val);
}
Vector(const Vector& x)
{
resize(x.size());
for (int i = 0; i < x.size(); i++)
_start[i] = x[i];
}
template<class InputIterator>
Vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
push_back(*(first++));
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}
bool empty() const
{
return _finish == _start;
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n > size())
{
reserve(n);
for (int i = size(); i < n; i++)
push_back(val);
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
iterator tmp = new T[n];
size_t old_size = size();
for (int i = 0; i < old_size; i++)
tmp[i] = _start[i];
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + old_size;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
void push_back(const T& val)
{
insert(end(), val);
}
void pop_back()
{
erase(end());
}
iterator insert(iterator position, const T& val)
{
size_t pos = position - _start;
insert(position, (size_t)1, val);
return _start + pos;
}
void insert(iterator position, size_t n, const T& val)
{
if (_finish + n - 1 == _end_of_storage)
{
int pos = position - begin();
reserve(size() + n);
position = begin() + pos;
}
iterator cur = end() + n - 1;
while (cur - (n - 1) != position)
{
*cur = *(cur - n);
cur--;
}
for (iterator it = position; it <= cur; it++)
*it = val;
_finish += n;
}
template<class InputIterator>
void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last)
{
int n = last - first;
if (_finish + n - 1 == _end_of_storage)
reserve(size() + n);
iterator cur = end() + n - 1;
while (cur - (n - 1) != position)
{
*cur = *(cur - n);
cur--;
}
for (iterator it = position; it <= cur; it++)
{
*it = *first;
first++;
}
_finish += n;
}
iterator erase(const_iterator position)
{
erase(position, position + 1);
}
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last)
{
while (last != _finish)
*(first++) = *(last++);
_finish = first;
}
void swap(Vector& v)
{
swap(_start, v._start);
swap(_finish, v._finish);
swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
T& operator[](size_t pos)
{
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
return _start[pos];
}
private:
iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的结尾
iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向存储容量的结尾
};
}
扫一扫
1350
被折叠的 条评论
为什么被折叠?
到【灌水乐园】发言
