1.vector的介绍及使用

vector的文档介绍

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。

3. 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。

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

2.vector接口说明及模拟实现

vector底层其实是使用了三个指针来实现的。

2.1vector定义

vector()
{}vector(size_t n, const T& value = T())
{reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}
}vector(int n, const T& value = T())
{reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}
}vector(const vector<T>& v)
{reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}
}template<class Inputiterator>
vector(Inputiterator first, Inputiterator last)
{while (first != last){push_back(*first);++first;}
}

2.2vector迭代器的使用

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

2.3vector容量

1.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。

2.resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

size_t size() const
{return _finish - _start;
}size_t capacity() const
{return _endOfStorage - _start;
}bool empty() const
{return _start == _finish;
}void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){T* temp = new T[n];size_t len = size();if (_start){//memcpy(temp, _start, sizeof(T) * len);//memcpy是浅拷贝，string扩容时和原_start指向的同一片空间//析构时会重复释放for (size_t i = 0; i < len; i++){temp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = temp;_finish = _start + len;_endOfStorage = _start + n;}
}void resize(size_t n, const T& value = T())
{if (n > size()){reserve(n);iterator end = _start + n;while (_finish != end){*_finish = value;++_finish;}}_finish = _start + n;
}

2.4vector增删查改

void push_back(const T& x)
{insert(end(), x);/*if (_endOfStorage == _finish){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;*/
}void pop_back()
{assert(empty());--_finish;
}iterator insert(iterator pos, const T& x)
{assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_endOfStorage == _finish){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator it = _finish;while (it != pos){*it = *(it - 1);--it;}*it = x;++_finish;return pos + 1;
}iterator erase(iterator pos)
{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos;while (it != _finish - 1){*it = *(it + 1);++it;}--_finish;return pos;
}void swap(vector<int>& v)
{std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}T& operator[](size_t pos)
{assert(pos < size());return _start[pos];
}const T& operator[](size_t pos) const
{assert(pos < size());return _start[pos];
}

3迭代器失效

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);while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

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。

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iteratorvector<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

using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0;
}int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else++it;}return 0;
}

第二个main函数才是正确的，也是解决迭代器失效问题的方法，erase函数会返回删除位置的下一个，接受返回值就可以避免迭代器失效。

4.使用memcpy拷贝

在模拟实现reserve函数的过程中，如果使用了memcpy函数会发生什么

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){T* temp = new T[n];size_t len = size();if (_start){memcpy(temp, _start, sizeof(T) * len);			delete[] _start;}_start = temp;_finish = _start + len;_endOfStorage = _start + n;}
}

只插入4个数据的时候没有问题。

如果再插入一个（扩容）就会出错。

我们会发现运行完delete之后就把原来的数据删除了。其实就是memcpy埋下的坑。

调用memcpy其实是一个浅拷贝，一个字节一个字节的拷贝，其实拷贝的只是指针，并没有重新开辟空间。

当我们调用delete的时候，就会把原来的空间释放掉，把原来的空间置为随机值。

解决方法也很简单，就是我们自己拷贝。

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){T* temp = new T[n];size_t len = size();if (_start){for(size_t i = 0; i < len; i++){temp[i] = _start[i];//string拷贝是深拷贝}delete[] _start;}_start = temp;_finish = _start + len;_endOfStorage = _start + n;}
}

5.模拟实现

template<class T>
class vector
{
public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}vector(){}vector(size_t n, const T& value = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(value);}}template<class Inputiterator>vector(Inputiterator first, Inputiterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}void swap(vector<int>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);}vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}}vector<T>& operator=(vector<T> tmp){swap(tmp);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* temp = new T[n];size_t len = size();if (_start){//memcpy(temp, _start, sizeof(T) * len);memcpy是浅拷贝，string扩容时和原_start指向的同一片空间析构时会重复释放for (size_t i = 0; i < len; i++){temp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = temp;_finish = _start + len;_endOfStorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n > size()){reserve(n);iterator end = _start + n;while (_finish != end){*_finish = value;++_finish;}}_finish = _start + n;}void push_back(const T& x){insert(end(), x);/*if (_endOfStorage == _finish){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;*/}void pop_back(){assert(empty());--_finish;}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_endOfStorage == _finish){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator it = _finish;while (it != pos){*it = *(it - 1);--it;}*it = x;++_finish;return pos + 1;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos;while (it != _finish - 1){*it = *(it + 1);++it;}--_finish;return pos;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _endOfStorage - _start;}bool empty() const{return _start == _finish;}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endOfStorage = nullptr;
};