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1.vector的介绍及使用
1.1vector的介绍
1.vector是表示可变大小数组的序列容器。
2.就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来储存元素。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。
3.本质讲，vector使用动态分配数组来储存它的元素。当新元素插入的时候，这个数组需要重新分配大小为了增加储存空间(在进行插入新元素时如果空间不够需要重新分配空间，vector不会进行原地扩容 )。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(后面插入的元素如果空间大小足够不会进行重新分配空间)。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
1.2vector的使用
vector学习时一定要学会查看文档：https://cplusplus.com/reference/vector/vector/，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。
1.2.1 vector 的定义
| 构造函数声明 | 接口说明 |
| vector()（重点） | 无参构造 |
| vector（size_type n, const value_type& val = value_type()） | 构造并初始化n个val |
| vector (const vector& x); （重点） | 拷贝构造 |
| vector (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
1.2.2 vector iterator的使用
| iterator的使用 | 接口说明 |
| begin + end (重点) | 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator |
| rbegin + rend | 获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator |
1.2.3 vector 空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取容量大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize | 改变vector的size和capacity(不会进行缩容，根据平台决定) |
| reserve | 只改变vector的capacity(不会进行缩容，根据平台决定) |
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
1.2.4 vector 增删查改
| vector 增删查改 | 接口说明 |
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| find | 查找 (这个是算法模块里面实现的，不是vector的成员接口) |
| insert | 在position(位置，简称pos)之前插入val |
| erase | 删除position位置的数据 |
| swap | 交换两个vector的数据空间 |
| operator[] | 像数组一样访问数据元素 |
1.2.5 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：
1. 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。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{1, 2, 3, 4, 5, 6};
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
// v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 8);
/*
出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
空间，而引起代码运行时崩溃。
解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
赋值即可。
*/
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}2.指定位置元素的删除操作--erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代
器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是
没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效
了。
1.2.5 vector 在oj中的使用
1.只出现一次的数字
class Solution
{
public:
int singleNumber(vector<int>& nums)
{
int value = 0;
for(auto e : nums)
value ^= e;
return value;
}
};2.杨辉三角
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows)
{
vector<vector<int>> vv;
vv.resize(numRows);//开辟numrows行空间
for(size_t i = 0; i < vv.size(); i++)
{
vv[i].resize(i + 1, 0);
vv[i][0] = vv[i][i] = 1;//把每一行第一个和最后一个初始化为1
}
for(size_t i = 0; i < vv.size(); i++)
{
for(size_t j = 0; j < vv[i].size(); j++)
{
if(vv[i][j] == 0)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
}
return vv;
}
};3.电话号码的字母组合
class Solution {
string strA[10] = {"", "", "abc", "def", "ghi", "jkl", "mno", "pqrs", "tuv", "wxyz"};
public:
void Combine(string digits, int level, string combineStr, vector<string>& v)
{
if(level == digits.size())//结束条件
{
v.push_back(combineStr);
return;
}
int num = digits[level] - '0';
string str = strA[num];
for(size_t i = 0; i < str.size(); i++)
{
Combine(digits, level + 1, combineStr + str[i], v);
}
}
vector<string> letterCombinations(string digits)
{
vector<string> v;
if(digits.empty())
return v;
Combine(digits, 0, "", v);
return v;
}
};2.vector深度剖析及模拟实现
2.1完整代码
//ReverseIterator.h
namespace bit
{
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>//Ref表示引用类型，Ptr表示指针类型
struct ReverseIterator//定义一个反向迭代器的模板类
{
typedef ReverseIterator<Iterator, Ref, Ptr> Self;//重命名
Iterator _it;//成员
ReverseIterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
Ref operator*()
{
Iterator tmp = _it;
return *(--tmp);
}
Ptr operator->()
{
return &(operator*());
}
Self& operator++()
{
--_it;
return *this;
}
Self operator++(int)
{
Self tmp = *this;
--_it;
return tmp;
}
Self& operator--()
{
++_it;
return *this;
}
Self& operator--(int)
{
Self tmp = *this;
++_it;
return tmp;
}
bool operator!=(const Self& s) const
{
return _it != s._it;
}
};
}
//vector.h
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#pragma once
#include <cstdlib>
#include <iostream>
#include <vector>
#include <assert.h>
#include <cstdlib>
#include <cstring>
#include "ReverseIterator.h"
using namespace std;
namespace bit
{
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
typedef ReverseIterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator
typedef ReverseIterator<const_iterator, const T&, const T*> const_reverse_iterator;
reverse_iterator rbegin()
{
return end();
}
reverse_iterator rend()
{
return begin();
}
const_reverse_iterator rbegin() const
{
return end();
}
const_reverse_iterator rend() const
{
return begin();
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
/*:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endofstorage(nullptr)*/
{}
//vector<int> v(10, 1);
//vector<int> v1(10u, 1);
//vector<int> v2(10, "111");
//这种写法有可能无法通过编译，因为有可能在编译会调用到下面的函数模板导致报错，导致第一种方法调用失败，所以增加第二种写法
//那是为什么呢？因为10和1都是int类型可以调用下面的函数模板，函数模板又是迭代器类型进行解引用就会报错
//vector<int> v(10u, 1);或者在10后面加个u这样就会被推到为无符号类型就可以调用第一种方法
vector(size_t n, const T& val = T())//第一种方法
{
resize(n, val);
}
vector(int n, const T& val = T())//第二种方法
{
resize(n, val);
}
//[first, last) - 左闭右开
template<class InputIterator>//函数模板 - 写成函数模板是为了支持其他类型的迭代器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector<T>& v)
/*:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)*/
{
_start = new T[v.capacity()];
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T) * v.size());//这里的这种写法一样需要注意自定义类型的出现的浅拷贝问题
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];//如果vector储存的是string类型，这里的本质是调用string(自定义类型)的赋值重载
}
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);//加上std是为了防止自定义的swap和库函数的swap进行冲突
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
~vector()
{
if (_start)
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);//为了防止vector中的string(自定义类型)类型只进行浅拷贝
//所以使用循环的方法进行一个一个的深拷贝
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
//在c++有了模板之后对内置类型也进行了升级，使他们能够调用默认构造
//比如 T() 如果是自定义类型会调用自定义的构造函数，但是如果是内置类型呢？比如：
//int i = int (); i 会被初始化为0
//int j = int (1); j 会被初始化为1
//根据结果他们会自定义调用自己的默认构造
void resize(size_t n, const T& val = T())//使用模板参数的匿名对象作为缺省值，这么写是因为传入不可能仅仅是一种类型
{
//有两种情况，第一种是resize(n),n < 小于size
//第二种情况，resize(n) n > size 或者 n > capacity，所以需要先检查空间是否足够
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish != _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
}
*_finish = x;//把x放入地址内
++_finish;
}
void pop_back()
{
erase(--end());
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
//使用返回值解决外部迭代器失效问题-
iterator insert(iterator pos, const T& x)//任意插入
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;//修正
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;//修正pos，解决内部迭代器失效(pos)
}//在进行扩容时，如果重新分配空间pos迭代器会失效，因为pos指向在原来的久空间
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)//任意删除
{
assert(pos >= _start && pos < _finish);//assert只有在条件为假时才执行
iterator it = pos + 1;
while (it != _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start = nullptr;//指向起始位置
iterator _finish = nullptr;//指向最后一个元素的下一个位置，也是用来储存值的，先解引用在放入值，然后++到下一个位置
iterator _endofstorage = nullptr;//空间容量大小
};
}//main.cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include "vector.h"
void test_vector1()
{
bit::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
v1[i]++;
}
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector2()
{
bit::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(5);
v1.push_back(5);
v1.push_back(5);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//迭代器失效(内部迭代器失效) - 在进行扩容的时候会失效，
//因为扩容重新分配了新空间，而迭代器没有指向新空间，还是指向原来的空间
v1.insert(v1.begin(), 100);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//迭代器失效(外部迭代器失效) - 在进行扩容的时候会失效
bit::vector<int>::iterator p = v1.begin() + 3;
v1.insert(p, 300);
//禁止使用这种方法
//*p += 10;//危险行为
//解决方法使用返回值，让迭代器(p)重新接受返回值
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector3()
{
bit::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
v1.erase(v1.begin());//这种写法没有问题，但是换一种呢？比如下面这种：
//bit::vector<int>::iterator it = v1.begin() + 4;//删除尾巴后面的数据就会出现错误
//v1.erase(it);//后面进行访问时迭代器就失效
erase以后，迭代器失效了，不能访问
vs进行强制检查，访问会直接报错
//cout << *it << endl;
//++it;
//cout << *it << endl;
bit::vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it < v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v1.erase(it);//解决迭代器失效就是使用返回值进行返回，然后让迭代器重新接受新迭代器
else
++it;
}
//总结：vector的erase和insert迭代器对象后，不能再访问这个迭代器
//我们认为它失效了，访问结果是未定义的，所以需要设置一个新的迭代器作为返回值，然后接收这个返回值
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector4()
{
bit::vector<int> v1;
v1.resize(10, 0);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//int k = 0;
//int i = int();
//int j = int(1);
}
void test_vector5()
{
bit::vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
bit::vector<int> v2(v1);
v2 = v1;
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector6()
{
vector<string> v;
//这里藏有一个隐藏的深拷贝的问题
//问题在于vector中的每一个string(自定义类型)对象在进行扩容时只进行了浅拷贝
v.push_back("11111");//字符串会自动进行隐式类型转换为string类型
v.push_back("22222");
v.push_back("33333");
v.push_back("44444");
v.push_back("55555");
for (auto& e : v)//这里加上引用是为了减少string类型进行赋值拷贝的开销
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
void test_vector7()
{
bit::vector<int> v(10);
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
v[i] = i;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
bit::vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
rit++;
}
}
int main()
{
test_vector7();
return 0;
}2.2代码解析和使用memcpy拷贝存在的问题
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