vector的介绍及使用

vector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、与其他动态序列容器相比，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。对于其他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。

vector的使用

需要重点掌握的接口

vector的构造函数

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//    vector的构造int TestVector1()
{// constructors used in the same order as described above:vector<int> first;                                //空vector<int> second(4, 100);                       //4个100初始化vector<int> third(second.begin(), second.end());  //迭代器区间vector<int> fourth(third);                       //拷贝构造// 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分int myints[] = { 16,2,77,29 };vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));cout << "The contents of fifth are:";for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)cout << ' ' << *it;cout << '\n';return 0;
}

迭代器的使用，这里是左闭右开的区间

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void PrintVector(const vector<int>& v)
{// const对象使用const迭代器进行遍历打印vector<int>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}void TestVector2()
{// 使用push_back插入4个数据vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);// 使用迭代器进行遍历打印vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用迭代器进行修改it = v.begin();while (it != v.end()){*it *= 2;++it;}// 使用反向迭代器进行遍历再打印// vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();auto rit = v.rbegin();while (rit != v.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;PrintVector(v);
}

vector的扩容
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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。

// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{vector<int> v;// set some initial content:for (int i = 1; i < 10; i++)v.push_back(i);v.resize(5);v.resize(8, 100);v.resize(12);cout << "v contains:";for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)cout << ' ' << v[i];cout << '\n';
}// 测试vector的默认扩容机制
// vs：按照1.5倍方式扩容
// linux：按照2倍方式扩容
void TestVectorExpand()
{size_t sz;vector<int> v;sz = v.capacity();cout << "making v grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i) {v.push_back(i);if (sz != v.capacity()) {sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}// 往vecotr中插入元素时，如果大概已经知道要存放多少个元素
// 可以通过reserve方法提前将容量设置好，避免边插入边扩容效率低
void TestVectorExpandOP()
{vector<int> v;size_t sz = v.capacity();v.reserve(100);   // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容cout << "making bar grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i) {v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}

vector的增删查改
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// 尾插和尾删：push_back/pop_back
void TestVector4()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector5()
{// 使用列表方式初始化，C++11新语法vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入// 1. 先使用find查找3所在位置// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据v.erase(pos);it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
void TestVector6()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 通过[]读写第0个位置。v[0] = 10;cout << v[0] << endl;// 1. 使用for+[]小标方式遍历for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;vector<int> swapv;swapv.swap(v);cout << "v data:";for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;// 2. 使用迭代器遍历cout << "swapv data:";auto it = swapv.begin();while (it != swapv.end()){cout << *it << " ";++it;}// 3. 使用范围for遍历for (auto x : v)cout << x << " ";cout << endl;
}

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)。
迭代器失效的情况：扩容后迭代器失效，删除时迭代器失效。
解决方法：
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

vector的模拟实现

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
namespace vec
{template<class T>class vector{typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;public:vector(){}//内置类型也可以有构造函数，我们下一次再说vector(size_t n, const T& it = T()){resize(n, it);}vector(int n, const T& val = T()){resize(n, val);}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);first++;}}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t sz = size();T* tmp = new T[n];//拷贝原有的数据if (_start){for (size_t i = 0; i < sz; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_endofstorage = _start + n;}}void push_back(const T& x){//考虑增容的情况if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}//*_finish = x;//_finish++;insert(end(), x);}iterator erase(iterator pos){//考虑pos位置的合法性assert(pos >= _start && pos < _finish);//移动数据iterator p = pos + 1;while (p != _finish){*(p - 1) = *p;p++;}_finish--;return pos;}void resize(size_t n, const T& x = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish != _start + n){*_finish = x;_finish++;}}}iterator insert(iterator pos, const T& x){//判断pos位置的合法性assert(pos >= _start && pos <= _finish);//考虑扩容if (_finish == _endofstorage){//解决迭代器失效问题size_t len = _finish - _start;size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);pos = _start + len;}//开始插入数据//移动数据iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;end--;}//插入数据*pos = x;_finish++;return pos;}void pop_back(){erase(--end());}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}//拷贝构造vector(const vector<T>& v){//深度拷贝_start = new T[v.capacity()];for (size_t i = 0; i <v.size(); i++){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_endofstorage = _start + v.capacity();}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}//赋值运算符重载vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}}void print(const vector<T>& v){for (auto e : v){std::cout << e << " ";}std::cout << std::endl;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;};
}