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第八讲：C++中的vector

news 2025/7/26 0:19:05

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1、vector的介绍和使用

1.1、构造与赋值重载

1.2、迭代器

 1.3、容量

1.3、访问

1.4、修改

1.5、扩容机制

2、迭代器失效

2.1、扩容操作

2.2、删除操作

2.3、Linux环境下

2.4、string迭代器失效

3、OJ题

3.1、只出现一次的数字

3.2、杨辉三角

3.3、电话号码的字母组合

4、vector的简单实现

1、vector的介绍和使用

template < class T, class Alloc = allocator<T> > class vector;

vector是表示可变大小数组的序列容器。本质讲，vector使用动态分配的数组来存储它的元素。就像数组一样，vector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。如图所示

vector学习时一定要学会查看文档： vector文档介绍，vector在实际中非常的重要，我们只需熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

1.1、构造与赋值重载

explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type()); // 默认构造explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(), const allocator_type& alloc = allocator_type()); // 构造n个valtemplate <class InputIterator>         
vector (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type& alloc=allocator_type());	// 使用迭代器进行构造vector (const vector& x); // 拷贝构造vector& operator= (const vector& x); // 赋值重载

1.2、迭代器

// 正向迭代器
iterator begin(); // 返回起始位置
iterator end(); // 返回末尾位置的下一个const_iterator begin() const;
const_iterator end() const;// 反向迭代器
reverse_iterator rbegin(); // 返回最后一个元素的位置
reverse_iterator rend(); // 起始位置的上一个const_reverse_iterator rbegin() const;
const_reverse_iterator rend() const;

如图所示：

例如： 

int main()
{vector<int> v1;vector<int>::iterator it1 = v1.begin();while (it1 != v1.end()){cout << *it1 << ' ';}cout << endl;vector<int> v2(10, 2);for (auto e : v2){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());for (auto e : v3){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v4(v3);for (auto e : v4){cout << e << ' ';}cout << endl;vector<int> v5;v5 = v4;for (auto e : v5){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;
}

 1.3、容量

size_type size() const; // 数据个数
void resize (size_type n, value_type val = value_type()); // 改变数据的个数
size_type capacity() const; // 空间大小
bool empty() const; // 是否为空
void reserve (size_type n); // 改变空间大小
void shrink_to_fit(); // 缩容，会把capacity缩小到size大小，注意：这种缩容一般都是异地缩容，会涉及到开空间、拷贝和释放原来的空间，效率不高

例如： 

int main()
{vector<int> v1(5, 3);cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;cout << v1.empty() << endl;v1.resize(10, 4);cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;cout << v1.empty() << endl;v1.reserve(11);cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;cout << v1.empty() << endl;v1.shrink_to_fit();cout << v1.size() << endl;cout << v1.capacity() << endl;return 0;
}

1.3、访问

reference operator[] (size_type n); // 运算符重载
const_reference operator[] (size_type n) const; 
reference front(); // 头部元素
const_reference front() const;
reference back(); // 尾部元素
const_reference back() const;

1.4、修改

void push_back (const value_type& val); // 尾插
void pop_back(); // 尾删
iterator insert (iterator position, const value_type& val); // 在position前插入
iterator erase (iterator position); // 删除
iterator erase (iterator first, iterator last); 
void swap (vector& x); // 交换

例如： 

int main()
{vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';v1[i] += 1;}cout << endl;cout << v1.front() << endl;cout << v1.back() << endl;v1.insert(v1.begin(), 1);v1.insert(v1.end(), 7);for (int i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;vector<int> v2(10, 7);v1.swap(v2);for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;v1.erase(v1.begin(), v1.begin() + 3);for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;return 0;
}

1.5、扩容机制

在VS下扩容是按照大概1.5倍增加的，在g++下扩容大概按照2倍的速度增加的，例如：

VS下运行如下程序：

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';}}
}

结果为：

同样的程序，在g++下运行，结果为：

所以不要固化的认为vector增容都是2倍，具体如何增长，是要看具体的情况的。

2、迭代器失效

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)。对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

2.1、扩容操作

会引起其底层空间改变的操作，都有可能使迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、 push_back等。

例如：

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);cout << v.capacity() << endl;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);//插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放v.push_back(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：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。

2.2、删除操作

指定位置元素的删除操作，比如：erase。

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。

VS下检查比较严格，因此删除vector中任意位置上元素后，就认为该位置迭代器失效了。

例如：

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);// 这是algorithm中的一个模板函数// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。v.erase(pos);cout << *pos << endl; return 0;
}

运行到*pos时，直接报错。 

再比如：以下代码的功能是删除vector中所有的偶数

int main()
{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()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0;
}

删除后，迭代器失效，进行++it时，直接报错，正确的写法是：

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

2.3、Linux环境下

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。

例如：

//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;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);for(auto e : v){cout << e << " ";}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;
}

运行结果为：

 再比如：

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; //在VS下会直接报错return 0;
}

运行结果为：

再比如：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，最后删除无效的迭代器所指向的元素，报错。

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(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;
}

运行结果为：

2.4、string迭代器失效

与vector类似，string的迭代器也会失效

例如：

int main()
{   string s("hello");auto it = s.begin();// 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// 后面，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;return 0;
}

迭代器失效解决办法：在使用迭代器前，对迭代器重新赋值即可。

3、OJ题

3.1、只出现一次的数字

只出现一次的数字

参考：

3.2、杨辉三角

杨辉三角

参考：

 

3.3、电话号码的字母组合

电话号码的字母组合

参考：

4、vector的简单实现

template<class T>
class Vector
{
public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;public:// /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////迭代器iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}// //////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////构造函数Vector()//没有参数的构造函数{}Vector(const Vector<T>& v){reserve(v.capacity());for (auto& e : v){push_back(e);}}Vector(size_t n, const T& val = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}template<class InputIterator>Vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}Vector(int n, const T& val = T()){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(_endofstorage, v._endofstorage);}Vector<T>& operator=(Vector<T> tmp)//赋值重载{swap(tmp);return *this;}~Vector(){delete[] _start;_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}// ///////////////////////////////////////////////////void reserve(size_t n){if (n > capacity()){T* tmp = new T[n];size_t sz = size();if (_start){for (size_t i = 0; i < sz; ++i){tmp[i] = _start[i];//之所以这样写是因为考虑到了自定义类型的情况。}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = tmp + sz;_endofstorage = tmp + n;}}//在c++这一块，内置类型也是有类似自定义类型中构造函数这样的概念。这一点要注意，其实都是类，都是面向对象的。void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n <= size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (_finish < _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}void push_back(const T& x){if (_finish == _endofstorage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;}void insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;++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;}
private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;
};

http://www.dtcms.com/a/295140.html

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