★ C++基础篇 ★ vector 类

Ciallo～(∠・ω< )⌒☆ ~ 今天，我将继续和大家一起学习C++基础篇第六章----vector类 ~

目录

 一  vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator 的使用

 1.2.3 vector 空间增长问题

1.2.4 vector 增删查改

二  vector模拟实现

2.1 基础结构

2.2 接口

2.2.1 一些简单接口

2.2.2 push_back & pop_back & reserve

2.2.3 insert & erase

2.2.4  默认构造 & 析构

2.2.5 拷贝构造 & 赋值 

  ​编辑

2.3 迭代器

2.4 打印类

三  vector 迭代器失效问题

3.1 野指针

3.2 位置意义改变

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 一  vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

• vector是表示大小可以变化的数组的序列容器。（顺序表）
• 就像数组一样，vector对其元素使用连续的存储位置，这意味着也可以使用指向其首元素指针上偏移量来访问其元素，并且与在数组中一样有效。但与数组不同的是，它们的大小可以动态变化，容器会自动处理它们的存储。

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

构造函数声明	接口说明
vector();	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);	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()	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator
end()	获取最后一个数据的下 一个位置的iterator/const_iterator
rbegin()	获取最后一个数据位置的reverse_iterator
rend()	获取第一个数据前一个位置 的reverse_iterator

和string相同的三种遍历方法~：

void test_Vector()
{vector<int> v1;vector<int> v2(10, 1);vector<int> v3(++v2.begin(), --v2.end());for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++){cout << v3[i] << " ";}cout << endl;vector<int>::iterator it = v3.begin();while (it != v3.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v3){cout << e << " ";}cout << endl;
}

 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
reserve	改变vector的capacity

• 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。(至少开n，可以开的比n大。)
• 若reserve开的空间比capacity小，string可能缩容可能不缩容，但至少比size大，而vector不会缩容。
• resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size，若比原size小，会删数据，若比capacity大会扩容。

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。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert	在position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[] / at	像数组一样访问
clear	清空
front / back	获取首末元素

注意：vector没有流插入流提取。

Q:能否用vector<char>代替string~

A:不行~ string末尾带 ‘ /0 ’,string还有编码和初始化等的需求~

二  vector模拟实现

2.1 基础结构

namespace zmcl
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;};
}

2.2 接口

2.2.1 一些简单接口

size_t size() const
{return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{return _end_of_storage - _start;
}
bool empty()
{return _start == _finish;
}
void clear() // 清空
{_finish = _start;
}T& operator[](size_t n)
{assert(n < size());return _start[n];
}
const T& operator[](size_t n) const
{assert(n < size());return _start[n];
}
void swap(vector<T>& v)
{std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}

2.2.2 push_back & pop_back & reserve

void push_back(const T& x) //x可能是int char vector<int>...
{if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = x;++_finish;
}

void pop_back()
{assert(!empty());--_finish;
}

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){// 需记录原size，指向新空间后size会变~size_t oldsize = size();// 创建并拷贝T* tmp = new T[n];// 如用memcpy拷贝一些自定义类型会出现浅拷贝问题//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < oldsize; i++) //需要一个个深拷贝{tmp[i] = _start[i];}// 释放旧空间，指向新空间~delete[] _start;_start = tmp;// 改变量~_finish = tmp + oldsize;_end_of_storage = tmp + n;}
}

2.2.3 insert & erase

 首先先来看一个错误代码~

void insert(iterator pos, const T& x)
{assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);// 扩容if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos) // 挨个往后挪{*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;
}

以上代码问题是如需要扩容，迭代器pos的位置就会失效，留在原先被释放的vector中~故须在扩容时记录pos的相对位置：

// 扩容
if (_finish == _end_of_storage)
{size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());pos = _start + len;
}

 erase实现~ pos后的挨个往前挪~

void erase(iterator pos)
{assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);iterator it = pos + 1;while (it != end()){*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;                                                                                        
}

2.2.4  默认构造 & 析构

vector()
{}//C++11 强制生成默认构造
vector() = default;// 也可以这样写~~vector()
{if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}
}

迭代器构造：

// 类模板的成员函数，还可以继续是函数模版
template<class InputIterator> // 写成模板就可以传任意类型的迭代器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{while (first != last)// 像链表之类的就不能用 first < last{push_back(*first);++first;}
}// 用处
vector<int> v1(v.begin() + 1, v.end() - 1);//不要v首尾的构造

n个val构造：

vector(size_t n, const T& val = T())
{reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}
}

 注意：若用10个1之类的构造情况需要加u指定或再增加一个构造，否则编译器会调迭代器构造。

vector<int> v(10u, 1);

vector(int n, const T& val = T())
{reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}
}

2.2.5 拷贝构造 & 赋值 

不写拷贝构造的情况下，编译器只会浅拷贝，后续操作就会出问题，所以需要手写深拷贝。

  

vector(const vector<T>& v)
{reserve(v.size());// 先开好空间for (auto& e : v){push_back(e);// 一个个深拷贝}
}

赋值~:

vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{if(this != &v){clear();reserve(v.size());for (auto& e : v){push_back(e);}}return *this;
}

也可以使用更方便的现代写法 :D

vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
{swap(v);return *this;
}

2.3 迭代器

两组begin & end~

iterator begin()
{return _start;
}
iterator end()
{return _finish;
}
const_iterator begin() const
{return _start;
}
const_iterator end() const
{return _finish;
}

2.4 打印类

template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{// 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分// 这里const_iterator是类型还是静态成员变量，要加typenametypename vector<T>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

推广一下~ 可以变成：

template<class Container>
void print_container(const Container& v)
{auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}

三  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)。

3.1 野指针

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。（如上 2.2.3 insert的实现）

再举几个例子~

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);return 0;
}

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。

解决方式就是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。

3.2 位置意义改变

下程序本意是再2位置插入20，并将2乘10，而在insert后原来指向2的迭代器指向了20，意义改变了，导致程序崩溃。vs下会强制检查，而Linux下不会直接崩溃。

int main()
{vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };int x;cin >> x; // 2auto p = find(v.begin(), v.end(), x);if (p != v.end()){v.insert(p, 20); // 1 20 2 3 4 5 6(*p) *= 10; // 程序崩溃}return 0;
}

指定位置元素的删除操作--erase的迭代器失效：

以下是一个删除所有偶数的函数

void test_class_vector()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);print_vector(v);// 删除所有偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){v.erase(it);}++it;}print_vector(v);
}

此函数vs下若用库中的vector会直接报错，若用自己实现的则会有不同结果。g++中也会有不同结果，但不会强制检查。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。故erase后必须更新迭代器才能继续使用。

正确代码：~

void test_class_vector()
{std::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);print_container(v);// 删除所有偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it); // erase返回下一个迭代器}else{++it;}}print_container(v);
}

~完~