vector 常见用法及模拟

1. vector的介绍与使用

1.1 vector的构造

构造函数	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

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main()
{vector<int> v1; // 无参构造vector<int> v2(10, 1); // 构造并初始化10个1vector<int> v3(v2); // 拷贝构造vector<int> v4(v3.begin(), v3.end()); // 使用迭代器构造return 0;
}

1.2 vector iterator 的使用

iterator 的使用	接口说明
begin + end	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

int main()
{vector<int> v1; v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); ++it){cout << *it << " ";}cout << endl;for (auto it = v1.rbegin(); it != v1.rend(); ++it) // 注意是++{cout << *it << " ";}cout << endl;return 0;
}

1.3 有关大小和容量的操作

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。
• resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

int main()
{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';}}return 0;
}

• vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
  making foo grow:
  capacity changed: 1
  capacity changed: 2
  capacity changed: 3
  capacity changed: 4
  capacity changed: 6
  capacity changed: 9
  capacity changed: 13
  capacity changed: 19
  capacity changed: 28
  capacity changed: 42
  capacity changed: 63
  capacity changed: 94
  capacity changed: 141

• g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
  making foo grow:
  capacity changed: 1
  capacity changed: 2
  capacity changed: 4
  capacity changed: 8
  capacity changed: 16
  capacity changed: 32
  capacity changed: 64
  capacity changed: 128

1.4 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（这不是vector的成员函数）
insert	在pos之前插入val
erase	删除pos位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
operator[]	像数组一样访问

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1); // 尾插v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;v.pop_back(); // 尾删for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;auto pos = find(v.begin(), v.end(), 2); // 查找v.insert(pos, 5); // 插入for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 1);v.erase(pos); // 删除vector<int> v1;for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;v.swap(v1); // 交换for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); ++it)cout << *it << ' ';cout << endl;cout << v1[2] << endl; //像数组一样访问return 0;
}

运行结果：

1.5 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)。

可能造成vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

1. 引起底层空间改变的操作，都可能会导致迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。（简单来说，就是vector扩容问题，vector旧空间被释放掉，又访问了旧空间，很明显是野指针问题）
   解决方法：完成上述操作之后，重新给 it 赋值就行。
2. 指定位置元素的删除操作–erase
   被删除元素之后的迭代器失效：所有指向被删除元素及其之后元素的迭代器、指针或引用都会失效，因为这些元素的位置已经发生了移动。
   所以，你可以发现 erase 的返回值是一个迭代器，可以用以修正迭代器失效问题。
   值得一提的是 vs 和 g++ 的区别:
   vs 上因为检查比较严格，所以迭代器失效会直接报错，而 g++ 检查并没有那么严格，还是能输出。
   • vs：
     
   • g++：
     
3. 其实 string 在扩容、删除之后，也会出现迭代器失效的问题，但是其实大部分时候其实我们都是把它当成数组来处理。

1.6 vector 中二维数组的使用

int main()
{int n, m;cin >> n >> m;vector<vector<int>> vv(n, (vector<int>(m, 0)));return 0;
}

其实也好理解，<>号中存的是模板参数，而二维数组就是每个一维元素里存的都是一个一维数组，后面的 (n, vector(m, 0)) 就表示 n 个一维数组，这一维数组中的每个元素都是 m 个用 0 填充的一维数组。
当然，每个一维数组也可以用 reverse 重置大小，用以实现不规则数组。

2. vector 的模拟实现

vector 其实就只有三个指针而已：
_start：指向动态分配内存块的起始位置（即首个元素的地址）
_finish：指向最后一个有效元素的下一个位置
_end_of_storage：指向当前分配内存块的末尾地址

值得一讲的地方有两点，一点是拷贝构造和赋值重载的现代写法，另一点是 vector 使用 memcpy 拷贝问题

2.1 拷贝构造和赋值重载的现代写法

和 string 类一样，先实现一个交换数据域的类内 swap 成员函数，再利用编译器自己去构造一个我们要拷贝的对象，最后直接交换就可以了。

		void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}// 现代写法vector(const vector<T>& v){vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}

2.2 memcpy 拷贝问题

memcpy是按字节去拷贝，是浅拷贝，但是因为 vector 本身具有我们在堆上申请的资源，需要深拷贝，此时使用 memcpy 就会出现问题了，所以这里我们并不能使用memcpy，而是需要自己手动实现深拷贝。

		void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t old_size = size();T* tmp = new T[n];//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = tmp + old_size;_end_of_storage = tmp + n;}}

2.3 vector.h

前面说过模板最好不要进行头源文件分离，因为这样容易造成链接错误，所以这里代码全都放在 vector.h 中。

#pragma once
#include <assert.h>
#include <iostream>
#include <list>namespace zkp
{template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector() = default;//vector(const vector<T>& v)//{//	reserve(v.size());//	for (auto& e : v)//	{//		push_back(e);//	}	//}// 需要一个迭代器模板函数，存在着多种不同类型的迭代器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);}}vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}void clear(){_finish = _start;}/* 朴素写法vector<T>& operator=(const vector<T>& v){if (this != &v){clear();reserve(v.size());for (auto& e : v){push_back(e);}}return *this;}*/void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}// 现代写法vector(const vector<T>& v){vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;//cout << _start << " " << _finish << " " << _end_of_storage << endl;}}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 old_size = size();T* tmp = new T[n];//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = tmp + old_size;_end_of_storage = tmp + n;}}void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}size_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}bool empty() const{return _start == _finish;}void push_back(const T& x){// 扩容if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());}*_finish = x;++_finish;}void pop_back(){assert(empty());--_finish;}iterator insert(iterator pos, const T& x){if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());pos = _start + len;}auto end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}T& operator[](size_t i){assert(i < size());return _start[i];}const T& operator[](size_t i) const{assert(i < size());return _start[i];}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;};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// typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}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;}void test_vector1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for (size_t i = 0; i < v.size(); i++){cout << v[i] << " ";}cout << endl;auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;print_vector(v);vector<double> vd;vd.push_back(1.1);vd.push_back(2.1);vd.push_back(3.1);vd.push_back(4.1);vd.push_back(5.1);print_vector(vd);}void test_vector2(){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);v.insert(v.begin() + 2, 30);print_vector(v);int x;cin >> x;auto p = find(v.begin(), v.end(), x);if (p != v.end()){// insert以后p就是失效，不要直接访问，要访问就要更新这个失效的迭代器的值//v.insert(p, 40);//(*p) *= 10;p = v.insert(p, 40);(*(p + 1)) *= 10;}print_vector(v);}void test_vector3(){std::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);print_container(v);// 删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);}else{++it;}}print_container(v);}void test_vector4(){int i = int();int j = int(1);int k(2);vector<int> v;v.resize(10, 1);v.reserve(20);print_container(v);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;v.resize(15, 2);print_container(v);v.resize(25, 3);print_container(v);v.resize(5);print_container(v);}void test_vector5(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);print_container(v1);vector<int> v2 = v1;print_container(v2);vector<int> v3;v3.push_back(10);v3.push_back(20);v3.push_back(30);v1 = v3;print_container(v1);print_container(v3);}void test_vector6(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(4);v1.push_back(4);vector<int> v2(v1.begin(), v1.begin() + 3);print_container(v1);print_container(v2);list<int> lt;lt.push_back(10);lt.push_back(10);lt.push_back(10);lt.push_back(10);vector<int> v3(lt.begin(), lt.end());print_container(lt);vector<string> v4(10, "111111111");print_container(v4);vector<int> v5(10);print_container(v5);vector<int> v6(10, 1);print_container(v6);vector<int> v7(10, 1);print_container(v7);}void test_vector7(){vector<string> v;v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);v.push_back("11111111111111111111");print_container(v);}
}