文章详细介绍了C++标准库中的vector容器，包括构造、容量控制、访问、修改、比较等主要接口的使用方法，并提供了杨辉三角和电话号码字母组合的实战示例。此外，还讨论了vector类的模拟实现及其难点，如数据移动、插入删除操作的处理。
一、vector主要接口介绍
1.构造
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
//默认构造一个容器为空的对象，没有元素
vector<int> v1;
//用n个元素构造一个对象，val默认为T()
vector<int> v2(3);
vector<int> v3(3, 10);
//用任意类型的迭代器区间构造一个对象
string s("hello world");
vector<char> v4(s.begin(), s.end() - 1);
//拷贝构造
vector<char> v5(v4);
return 0;
}
2.容量控制
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1(10, 1);
cout << "v1.size(): " << v1.size() << " " << "v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
//开空间加初始化,可以增加数据可以删减数据
v1.resize(11, 2);
cout << "v1.size(): " << v1.size() <<" " << "v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//删减数据
v1.resize(10);
cout << "v1.size(): " << v1.size() << " " << "v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//扩容，小于当前容量不处理
v1.reserve(11);
cout << "v1.size(): " << v1.size() << " " <<"v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
v1.reserve(100);
cout << "v1.size(): " << v1.size() << " " << "v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
//缩容，缩容至等于size的大小
v1.shrink_to_fit();
cout << "v1.size(): " << v1.size() << " " << "v1.capacity(): " << v1.capacity() << endl;
return 0;
}
3.访问
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void func(const vector<int>& v)
{
cout << typeid(v[0]).name() << endl;
}
int main()
{
int arr[] = { 3,4,5,6,8,7,6,8,7,11,13,15 };
vector<int> v1(arr,arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0]));
//访问队头和队尾数据
cout << " v1.back(): " << v1.back() << endl;
cout <<" v1.front(): " << v1.front()<< endl;
//[]重载，返回val的引用，有普通val，也有const val
cout << "++ : ";
for (int i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << ++v1[i] << " ";
}
cout << endl;
//const val
func(v1);
return 0;
}
4.修改
1.尾插和尾删
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1;
//尾插和尾删
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
for (auto e : v1)
{
cout << e;
}
cout << endl;
//尾删
v1.pop_back();
for (auto e : v1)
{
cout << e;
}
cout << endl;
return 0;
}
2.任意位置插入和删除
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{
string s("hello world");
vector<char> v1(s.begin(),s.end());
//任意迭代器位置插入一个val，返回插入位置的迭代器位置
v1.insert(v1.begin() + 4, ' ');
//任意迭代器位置插入n个val，返回插入位置的迭代器位置
v1.insert(v1.begin() + 6, 3, 'x');
//任意迭代器位置插入任意类型的迭代器区间，返回插入位置的迭代器位置
v1.insert(v1.begin() + 9, s.begin(), s.end());
//删除任意位置的一个val，返回删除位置的下一个位置的迭代器位置
v1.erase(v1.begin() + 4);
//删除任意迭代器区间，返回删除位置的下一个位置的迭代器位置
v1.erase(v1.begin() + 5, v1.end() - 6);
return 0;
}
5.比较
#include<iostream>
#include<vector>
#include<string>
using namespace std;
int main()
{
vector<string> v1 = {"hello"};
vector<string> v2{"world"};
cout << (v1 == v2) << endl;
cout << (v1 < v2) << endl;
cout << (v1 <= v2) << endl;
cout << (v1 > v2) << endl;
cout << (v1 >= v2) << endl;
return 0;
}
二、vector接口实战应用
1.杨辉三角
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
vector<vector<int>> vv(numRows);
//给vector中的vector开空间并初始化
for(int i=0;i<numRows;i++)
{
vv[i].resize(i+1,1);
}
//计算杨慧三角
for(int i=2;i<numRows;i++)
{
for(int j=1;j<vv[i].size()-1;j++)
{
vv[i][j]=vv[i-1][j-1]+vv[i-1][j];
}
}
return vv;
}
};
2.电话号码的字母组合
vector<string> vstr{{},{},{"abc"},{"def"},{"ghi"},{"jkl"},{"mno"},{"pqrs"},{"tuv"},{"wxyz"}};
class Solution {
public:
void _letterCombinations(const string& digits,int id
,string combinations,vector<string>& result)
{
//digits中的数字读完则记录组合并返回
if(id==digits.size())
{
result.push_back(combinations);
return;
}
//将digits中的数字字符转整型
int vstrId=digits[id]-'0';
//遍历记录一个数字对应按键中的所有字母
for(auto e: vstr[vstrId])
{
//全排列digits中所有数字的对应按键中的字母，排列一组临时记录在combinations
//记录到最后一个按键的字母就传递给result，然后重头开始记录。
_letterCombinations(digits,id+1,combinations+e,result);
}
}
vector<string> letterCombinations(string digits) {
//没有按按键的时候返回空数组
if(digits.size()==0)
{
return vector<string>();
}
//记录结果
vector<string> result;
//临时记录组合
string combinations;
_letterCombinations(digits,0,combinations,result);
return result;
}
};
三、vector类模拟实现
1.实现难点
在构造实现过程中使用push_back或者reserve这些接口需要初始化成员变量，赋值构造和拷贝构造的数据拷贝应避免深层次的浅拷贝，不能用内存拷贝这些接口直接拷贝，因为有可能start存储的是自定义类型。
任意位置的插入和删除都需要用到pos，pos在insert扩容后是失效的，因为扩容后start地址发生变化，之前的pos是根据没改变时候的start确定的地址。所以pos需要在扩容前记录相对位置，扩容后根据相对位置找到当前位置。删除后pos也是失效的，因为pos如果是finish的前一个数据，再访问pos就越界访问了。
在数据移动的时候，需要特别注意控制end的访问区间，end不能访问没有开辟的空间，也就是不能方位>=end_of_storage的空间。
2.代码实现
#pragma once
#include<iostream>
#include<string>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace kk
{
template <class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
public:
//begin
iterator begin()
{
return _start;
}
//end
iterator end()
{
return _finish;
}
// const_begin
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
// const_end
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
//构造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}
//拷贝构造
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
if (v._start)
{
//vector内部可能存储的是自定义类型比如string，直接使用
//内存拷贝会曹成深层次的浅拷贝问题，对象内部的str地址相同
//所以需要使用自定义类型的复制构造。
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
*(_start+i) = *(v._start+i);
}
}
_finish = _start+v.size();
_end_of_storage = _start+v.capacity();
}
vector(const T& val)
{
reserve(4);
*_start = val;
_finish = _start + 1;
}
vector(size_t n,const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//赋值构造
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
return *this;
}
// 扩容
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
//小于数据长度
if (n < size())
{
//直接调整finish的位置
_finish = _start + n;
}
//大于数据长度
else
{
//扩容
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
//初始化多余的空间,更新_finish
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
// 扩容加初始化
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//开新空间
iterator tmp = new T[n];
//使用赋值拷贝将原来的数据拷贝至新开空间
for (int i = 0; i < size(); i++)
{
*(tmp + i) = *(_start + i);
}
//_start一旦改变就求不出数据长度了，所以提前记录
size_t len = size();
//释放旧空间
delete[] _start;
//更新成员位置
_start = tmp;
_finish = _start + len;
_end_of_storage = _start + n;
}
}
//尾插
void push_back(const T& val )
{
insert(end(), val);
}
//尾插
void pop_back()
{
erase(end());
}
//任意位置插入
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
//断言pos位置
assert(pos >= begin() && pos <= end());
//扩容
if (size() + 1 > capacity())
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
//移动数据
iterator end = _finish;
while (end != pos)
{
*end = *(end-1);
end--;
}
//插入数据更新finish
*pos = val;
_finish++;
return pos;
}
iterator insert(iterator pos,size_t n,const T& val)
{
//断言pos位置
assert(pos >= begin() && pos <= end());
//扩容
if (size() + n > capacity())
{
size_t len = pos - _start;
reserve(size()+n);
pos = _start + len;
}
//移动数据.因为end_of_storage==finish+n所以不能访问finish+n
iterator end = _finish+n-1;
while (end != pos+n-1)
{
*end = *(end - n);
end--;
}
//插入数据更新finish
iterator retPos = pos;
iterator endPos = pos + n;
while (pos != endPos)
{
*(pos++) = val;
}
_finish += n;
return retPos;
}
//任意位置删除
iterator erase(iterator pos)
{
//断言pos位置
assert(pos >= begin() && pos < end());
//移动数据,end不能等于pos，这样end+1可能会越界
iterator end = pos+1;
while (end != _finish)
{
*(end - 1) = *end;
end++;
}
//更新finish
_finish--;
return pos;
}
iterator erase(iterator first,iterator last)
{
assert(first >= begin() && first < end());
assert(last >= begin() && last >= first && last <= end());
//记录剩余last至finish数据长度
size_t overLenght = _finish - last;
//记录删除数据长度
size_t eraseLenght = last - first;
//覆盖被删除的数据空间
for (int i = 0; i < overLenght; i++)
{
*(first++) = *(last++);
}
//更新数据长度
_finish -= eraseLenght;
return first;
}
T& operator[](size_t pos)
{
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
return _start[pos];
}
//获取容量
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
//获取数据长度
size_t capacity()const
{
return _end_of_storage - _start;
}
private:
iterator _start=nullptr;
iterator _finish=nullptr;
iterator _end_of_storage=nullptr;
};
void test_vector1()
{
string s("hello world");
kk::vector<std::string> vstr1(s);
kk::vector<std::string> vstr2(vstr1);
kk::vector<string> vstr3;
vstr3 = vstr2;
}
void test_vector2()
{
string s("hello world");
kk::vector<std::string> vs(s);
vs.insert(vs.begin(), 2, " yyy ");
vs.insert(vs.end()," xxx");
vs.insert(vs.end() - 1, " zzz");
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
}
void test_vector3()
{
string s("hello world");
kk::vector<std::string> vs(s);
kk::vector<string>::iterator pos=vs.insert(vs.begin(), 2, " xxx ");
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
vs.erase(pos);
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
vs.insert(vs.begin(), " xxx ");
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
vs.erase(vs.begin()+1,vs.end()-1);
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
}
void test_vector4()
{
string s("hello world");
kk::vector<std::string> vs(s);
cout << "vs.size(): " << vs.size() << " " << " vs.capacity: " << vs.capacity() << endl;
vs.push_back(" xxx");
vs.push_back(" yyy");
vs.push_back(" zzz");
vs.push_back(" iii");
for (auto e : vs)
{
cout << e;
}
cout << endl;
cout <<"vs.size(): " << vs.size() <<" " << " vs.capacity: " << vs.capacity() << endl;
}
void test_vector5()
{
string s("hello world");
kk::vector<std::string> vs(s);
vs.push_back(" xxx");
vs.push_back(" yyy");
vs.push_back(" zzz");
vs.push_back(" iii");
for (int i = 0; i < vs.size(); i++)
{
cout << vs[i];
}
cout << endl;
}
}
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