1.vector的介绍及其使用

1.1 vector的介绍

vector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。

1.2 vector的使用

vector的使用我们只需要掌握常用的即可，其他不多见的可以查文档即可！

1.2.1 vector的定义

vector的一些构造函数！！！

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

void TestVector1()
{vector<int> first;vector<int> second(4, 100);vector<int> third(second.begin(), second.end());vector<int> fourth(third);int myints[] = { 1, 2, 3, 4 };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 << endl;
}

1.2.2 vector iterator 的使用

 begin + end（重点）begin获取第一个数据位置的iterator/const_iterator（本质是地址）， end获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator（本质是地址）。

rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator（地址），获取第一个数据前一个位置的
reverse_iterator（地址）。

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打印//vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();auto rit = v.rbegin();while (rit != v.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;
}

1.2.3 vector 空间增长问题

 size 获取数据个数

capacity 获取容量大小

empty 判断是否为空
resize（重点） 改变vector的size
reserve （重点） 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。
• 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，如果是增多时，增多的元素使用data进行填充(默认为0)
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{vector<int> v;//初始化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 << endl;
}

// 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 << endl;}}
}
// 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 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 << endl;}}
}

1.2.4 vector 增删查改

push_back（重点） 尾插
pop_back （重点） 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[] （重点） 像数组一样访问

// 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;
}

1.2.5 vector 迭代器失效问题。（重点）

 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)。

•  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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问哪个代码是正确的，为什么？ 

#include <iostream>
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;
}

 

 

• 3. 注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。

// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;auto it = v.begin();cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效 v.reserve(100);cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会 // 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的while(it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}
程序输出：
1 2 3 4 5
扩容之前，vector的容量为: 5
扩容之后，vector的容量为: 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);v.erase(it);cout << *it << endl;while(it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}
程序可以正常运行，并打印：
4
4 5// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();while(it != v.end()){if(*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}for(auto e : v)cout << e << " ";cout << endl;return 0;
}

• 4. 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。

1.2.5 vector 在OJ中的使用。

只出现一次的数字i

class Solution {
public:int singleNumber(vector<int>& nums) {int val = 0;for(auto e : nums)val ^= e;return val;}
};

杨辉三角 

class Solution {
public:vector<vector<int>> generate(int numRows) {vector<vector<int>> vv(numRows);for(int i = 0; i < numRows; ++i){vv[i].resize(i+1, 1);}for(int i = 2; i < numRows; ++i){for(int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1];}}return vv;}
};

 

 删除有序数组的重复项

class Solution {
public:int removeDuplicates(vector<int>& nums) {std::vector<int>::iterator it = unique(nums.begin(), nums.end());nums.resize(std::distance(nums.begin(), it));return nums.size();}
};

 只出现一次的数字ii

class Solution {
public:int singleNumber(vector<int>& nums) {int res = 0;for(int i = 0; i < 32; i++){int total = 0;for(auto e : nums){total += (e >> i) & 1;}if(total % 3 != 0){res |= 1 << i;}}return res;}
};

 

只出现一次的数字iii

class Solution {
public:vector<int> singleNumber(vector<int>& nums) {int sum = 0;int res1 = 0;int res2 = 0;for(int i = 0; i < nums.size(); i++){sum ^= nums[i];}int index = 1;while((index & sum) == 0){ index <<= 1;}for(int e : nums){if(e & index) res1 ^= e;else res2 ^= e;}return {res1, res2};}
};

 

 数组中出现次数超过一半的数字

 

class Solution {
public:/*** 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可** * @param numbers int整型vector * @return int整型*/int MoreThanHalfNum_Solution(vector<int>& nums) {// write code heresort(nums.begin(), nums.end());return nums[(nums.size() - 1)/2];}
};

电话号码的字母组合

 

class Solution {vector<string> ret;string path;vector<string> board={"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"};void dfs(int pos, string d){if(d.size() == path.size()){ret.push_back(path);return;}string letters = board[d[pos] - '0'];for(auto letter : letters){path.push_back(letter);dfs(pos + 1, d);path.pop_back();}}
public:vector<string> letterCombinations(string digits) {if(digits.empty())return ret;dfs(0, digits);return ret;}
};

2.vector的深度剖析及模拟实现

2.1 std::vector的核心框架接口的模拟实现bit::vector

 

#pragma once
#include<assert.h>namespace bit
{template<class T>class vector{typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const const_iterator begin() const{return _start;}const const_iterator end() const{return _finish;}vector(){}//v2(v1)vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto e : v){push_back(e);}}//vector<int> v1 = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};//单参数的构造函数可以进行隐式类型转换vector(initializer_list<T> il){reserve(il.size());for (auto& e : il){push_back(e);}}template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);first++;}}vector(size_t n, const T& val = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}//多写一个构造是为了防止当传入两个int类型时会自动识别到第一个vector构造vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(val);}}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}bool empty(){return _start == _finish;}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];}size_t capacity() const{return _endofstorage - _start;}//memcpy会导致string浅拷贝size_t reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];size_t old_size = size();//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());//这里当是string时会调用string的赋值，解决了浅拷贝问题for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = tmp + old_size;_endofstorage = tmp + n;}}void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n > size()){//插入reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;_finish++;}}else{//删除_finish = _start + n;}}void push_back(const T& val){/*if (_finish == _endofstorage){reverse(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = val;_finish++;*/insert(end(), val);}void pop_back(){/*assert(!empty());_finish--;*/erase(end() - 1);}void insert(iterator pos, const T& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = _finish - _start;reverse(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator it = _finish - 1;while (pos <= it){*(it + 1) = *it;it--;}*pos = val;_finish++;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = _finish - 1;while (it < pos){*(it - 1) = *it;it++;}_finish--;return pos;}private:iterator _start = nullptr; //指向数据块的开始iterator _finish = nullptr;//指向数据块的尾iterator _endofstorage = nullptr;//指向存储容量的尾};}

2.2 使用memcpy拷贝问题

假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？

int main()
{bite::vector<bite::string> v;v.push_back("1111");v.push_back("2222");v.push_back("3333");return 0;
}

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。 

 

2.3 动态二维数组理解

 

// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5
void test2vector(size_t n)
{// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>bit::vector<bit::vector<int>> vv(n);// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1for (size_t i = 0; i < n; ++i)vv[i].resize(i + 1, 1);// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值for (int i = 2; i < n; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}
}