STL vector详解-优快云博客

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vector是STL诸多序列式容器之一，它可以像数组那样操作其中所储存的元素，不过vector的威力不止于此，它可是一个“智能数组”,为什么呢？以下：

完整实现代码

概述

我们都知道，如果你定义一个大小为10的整形数组，那么，在该数组的整个生命中，它的大小就永远只能是10，它是静态的。想要换个更大（也可能是更小）的房子，一切的琐碎事务都需要你手动完成(配置新数组空间+搬移旧数组数据+释放旧数组空间）。然而，vector不同，它是一个动态的“数组”。

如同数组一样，vector也使用一段连续的空间储存数据，这就意味着我们可以通过“下标”去访问该连续空间中任意一个位置。但若只有这样，它好像和数组没什么区别。不同的是，vector是“动态”的管理它的空间，它的空间随着所储存元素的增多而增长，它的内部算法会主动帮你完成”开辟新空间+搬移元素+释放旧空间”这些繁琐的操作。不过，并不是每进来一个元素，它就增长一次，因为“增长”本身来说就是一种比较昂贵（需要花费额外的时间或空间）的操作。它使用一种未雨绸缪的做法，每次增长时，会开辟一个比所需空间更大的空间，预留出空间以达到当有元素进来时，不必频繁的去做那些琐碎昂贵的增长操作。

内部结构

vector的内部通过几个指针来管理空间：
这里写图片描述

以下相关代码摘自STL源码

  iterator start;
  iterator finish;
  iterator end_of_storage;

（iterator ：暂且把它当成指针）

start: 指向所管理的空间的起始位置；
finish：指向最后一个有效元素的下一个位置；
end_of_storage：指向所管理的空间的结尾。

其中，finish总是指向vector所管理的空间的起始位置，每当开辟出一块新的空间时，就会让start指向它（当然前提要释放它原来所指的空间），而finish所指向的位置是vector中最后一个有效元素的下一个位置，这样做的好处是在尾端插入或删除数据时，只需简单的改动finish 指针。至于end_of_storage，它指向vector所管理空间的结尾位置。由于它们指向了同一块连续的空间，所以我们可以通过指针之间简单的加减运算算出vector的size和capacity。

基本操作

既然vector是一个“智能数组”，那么它到底智能在哪里呢？我们通过它的几个接口一探究竟。
vector主要包括（但不限于）以下接口：（更多接口）

void push_back(const T& x);//在尾部插入一个元素
void pop_back();//删除尾部的一个元素
void resize(size_t n, const T& x);//重新设置size
void reserve(size_t n);//重新设置capacity
T& operator[](size_t n);//返回下标n处的元素（以支持数组的下标访问）

push_back()

如上，简单的使用push_back()可以在vector的尾部插入一个元素，在STL中它的内部是这样实现的：

  void push_back(const T& x) {
    if (finish != end_of_storage) {//如果空间没满
      construct(finish, x);//在尾端插入元素
      ++finish;//移动尾指针
    }
    else
      insert_aux(end(), x);//空间满了，则换个更大的房子
  }

我们发现，在插入操作中，当finish 指针和 end_of_storage指针不相等时，表明当前预留有空间足以储存进来的元素，那么这样的话调用construct（） 在尾部构造元素并移动finish指针；否则说明当前的空间已经满了，那么只能去找更大的容身之所了（insert_aux()）。

construct()它是STL 空间配置器中的一个基本构造工具，在此处我们可以把它简单理解为把x储存到finish位置上，不过关于空间配置器的东西可远比这复杂。

insert_aux()的内部做了这样一些事情：

void vector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position, const T& x) {
  if (finish != end_of_storage) {
    construct(finish, *(finish - 1));
    ++finish;
    T x_copy = x;
    copy_backward(position, finish - 2, finish - 1);
    *position = x_copy;
  }
  else {
    const size_type old_ size = size();//计算旧容量
    const size_type len = old_size != 0 ? 2 * old_size : 1;//计算新容量
    iterator new_start = data_allocator::allocate(len);//开辟新空间
    iterator new_finish = new_start;
    __STL_TRY {//下面是搬移元素
      new_finish = uninitialized_copy(start, position, new_start);
      construct(new_finish, x);
      ++new_finish;
      new_finish = uninitialized_copy(position, finish, new_finish);
    }

#       ifdef  __STL_USE_EXCEPTIONS 
    catch(...) {
      destroy(new_start, new_finish); 
      data_allocator::deallocate(new_start, len);
      throw;
    }
#       endif /* __STL_USE_EXCEPTIONS *///以下是释放旧空间
    destroy(begin(), end());
    deallocate();
    start = new_start;
    finish = new_finish;
    end_of_storage = new_start + len;
  }
}

上面代码前半段可以先不看，主要是后面。如同我们预想那样，

它先计算新的所需要开辟空间的大小并开辟之;
然后再将原始数据搬移到新空间中去;
最后再释放旧空间。

下图展示了它的具体过程:
这里写图片描述

pop_back()

相对于插入元素，删除就很简单了，如上示例：

  void pop_back() {
    --finish;
    destroy(finish);
  }

我们可以看到，在pop_back()中，只是简单移动finish指针就达到删除元素的目的了。

下面是两个比较重要的也是很容易误用的接口。

resize()

resize()这个接口用于设置重新size的大小，它的第一个参数表示要设置的size的大小，如果新size小于旧size，那么它会删除掉新size以后的元素，否则它将介于新size和旧size之间的位置设置成第二个参数的值（若没有第二个参数则使用缺省值）。

它的源码如下：

  void resize(size_type new_size, const T& x) {
    if (new_size < size()) //如果新size小于旧size
      erase(begin() + new_size, end());//删除新size之后的元素
    else//否则用x填充旧size到新size之间的位置
      insert(end(), new_size - size(), x);
  }

通过上面的源码我们可以轻易地看懂resize()内部做了什么。它的主要作用就是改变当前vector的size大小。

reserve()

reserve()感觉好像有点奇怪。它只接受一个参数n，不准确的说，“该接口目的是将vector的容量设置成n”，但是他有限制条件，就是只有你欲设置的大小比当前容量大时，它才会开辟新的空间，否则它就什么也不做，它不会改变size的大小。

  void reserve(size_type n) {
    if (capacity() < n) {//只有n比当前容量大时才做下面这些事情
      const size_type old_size = size();//计算旧空间大小
      iterator tmp = allocate_and_copy(n, start, finish);//申请新的空间并搬移元素
      destroy(start, finish);//释放旧空间
      deallocate();
      start = tmp;//膝盖相关指针指向
      finish = tmp + old_size;
      end_of_storage = start + n;
    }
  }

阅读源码，正如我们预想的一样。