1、vector的介绍和使用

1.1、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。

1.2、vector的使用

1.2.1、vector的定义

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、

1.         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。
2.         reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，
3.         reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问 题。
4.         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、

1.2.5、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)。

会使迭代器失效的操作有以下几种：

        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。

3.与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

#include <string>
void TestString() {string s("hello");auto it = s.begin();
// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
//s.resize(20, '!');while (it != s.end()) {cout << *it;++it;}cout << endl;it = s.begin();while (it != s.end()) {it = s.erase(it);
// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
// it位置的迭代器就失效了
// s.erase(it);++it;}
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

2.vector深度剖析及模拟实现

2.1、使用memcpy拷贝问题

问题分析：

         1. memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中

        2. 如果拷贝的是内置类型的元素，memcpy既高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，并且自 定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。

结论：

        如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是 浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

2.2、模拟实现

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
using namespace std;
namespace kzy {template<class T>class vector {public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector() :_start(nullptr),_finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){}template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last):_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstoage(nullptr){while (first != last) {push_back(*first);++first;}}vector(size_t n, const T& val = T()): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}vector(int n, const T& val = T()): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstoage, v._endofstoage);}vector(const vector<T>& v): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endofstoage(nullptr){vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector() {if (_start != nullptr) {delete[]_start;_start = _finish = _endofstoage = nullptr;}}iterator begin() {return _start;}iterator end() {return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const {return _finish;}size_t size() {return _finish - _start;}size_t capacity() {return _endofstoage - _start;}void reserve(size_t n) {size_t sz = size();if (n > capacity()) {T* tmp = new T[n];if (_start != nullptr) {//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < size(); i++) {tmp[i] = _start[i];}delete[]_start;}_start = tmp;}_finish = _start + sz;_endofstoage = _start + n;}void resize(size_t n,T val=T()) {if (n > capacity()) {reserve(n);}if (n > size()) {while (_finish < _start + n) {*_finish = val;++_finish;}}else {_finish = _start + n;}}void push_back(const T& x) {if (_finish == _endofstoage) {size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);}*_finish = x;++_finish;}void pop_back() {if (_finish > _start) {--_finish;}}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}iterator insert(iterator pos, const T& x) {assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _endofstoage) {size_t n = pos - _start;size_t newCapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);pos = n + _start;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos) {*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start && pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it != _finish) {*(it - 1) = *it;++it;}--_finish;return pos;}void clear(){_finish = _start;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstoage;};}