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vector类（一）

news 2025/9/8 6:53:20

vector的介绍

vector是表示可变大小数组的序列容器。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，有点像顺序表。

当vector需要重新分配大小时，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当中，并释放原来的数组空间。

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，因此存储空间比实际需要的存储空间一般更大。

与其他动态序列容器相比（deque, list and forward_list），vector 的访问元素更加高效，在其末尾添加和删除元素的时候效率很高，但是对于不在末尾的操作，效率就很低。

vector的定义

有四大类构造函数：

(constructor)构造函数声明	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

例1：构造一个某类型的空容器。

vector<int> v1; //构造int类型的空容器

例2：构造一个含有n个val的某类型容器。

vector<int> v2(10, 2); //构造含有10个2的int类型容器

例3：拷贝构造某类型容器的复制品。

vector<int> v3(v2); //拷贝构造int类型的v2容器的复制品

例4：使用迭代器拷贝构造某一段内容。

vector<int> v4(v2.begin(), v2.end()); //使用迭代器拷贝构造v2容器的某一段内容

注意：该方式也可用于拷贝其他容器的某一段内容。

string s("hello world");
vector<char> v5(s.begin(), s.end()); //拷贝构造string对象的某一段内容

vector iterator 的使用:

vector 当中的迭代器和string 当中迭代器的时候使用一样的，主要使用的有以下几种：

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

还是和string一样，有正向和反向的迭代器。

关于 vector当中迭代器的使用可以参考string当中迭代器的使用。

vector容量空间

接口也是string一样的：

容量空间	接口说明
size	获取有效个数
capacity	获取最大容量
empty	判断是否为空
resize	改变vector的size，初始化
reserve	改变vector的capacity

复习：

reserve：

当所给值大于容器当前的capacity时，将capacity扩大到该值。
当所给值小于容器当前的capacity时，什么也不做。

resize：

当所给值大于容器当前的size时，将size扩大到该值，扩大的元素为第二个所给值，若未给出，则默认为0。
当所给值小于容器当前的size时，将size缩小到该值。

注意点：

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。

vs下测试扩容：

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';}}
}

VS下输出：

我们还要注意，不要误用reserve()，例如如下代码：

	vector<int> v1;v1.reserve(10);for (size_t i = 0; i < 10; i++){v1[i] = i;}

运行报错，断言：

reserve() 修改的是 _capacity容量，并没有修改有效字符长度，上述代码的有效字符长度还是0。类似于你可以在银行存10万（代码原来的容量），但是你存款0元(有效字符长度为0)，后来你可以在银行存100万（reserve修改更大容量），但是你用不了钱啊，你用钱是犯法的（调用v1[i] = i 是不允许的），因为你的存款一直没变啊，一直都是0（有效字符长度为0），你要把你的存款提上去才能用啊。这时候推荐使用resize() ，因为resize() 也会进行扩容，而且会修改 _size。

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 (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[]	像数组一样访问

我们注意到，修改当中，vector并没有提供头插头删，因为头插和头删是需要挪动数据的，这样的话效率不高，不是vector的适用范围。但是也是可以头插头删的，使用 insert() 和erase() 函数就可以了(如下例子)。

	int a[] = { 16,86,64,42 };vector<int> v1(a, a + 4);for (auto val : v1){cout << val << " ";}//16 86 64 42v1.erase(v1.begin());for (auto val : v1){cout << val << " ";}//86 64 42v1.insert(v1.begin(), 1000);for (auto val : v1){cout << val << " ";}//1000 86 64 42

我们还发现在vector类当中是没有实现 find() 函数的，但是string类当中就实现了find() 函数。其实 find() 函数在STL当中是算法模块（<algorithm>）当中已经实现了模版，我们可以直接使用其中的 find() 函数：

	int a[] = { 16,86,64,42 };vector<int> v1(a, a + 4);for (auto val : v1){cout << val << " ";}//16 86 64 42vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 86);if (pos != v1.end()){v1.erase(pos);}for (auto val : v1){cout << val << " ";}//16 64 42

为什么在string当中就实现了find（）函数，而在vector当中就没有实现呢？其实是因为string当中的find() 不仅要求查找字符，还要要求查找字符子串，而vector当中就没有这么多功能，这需要遍历查找即可。

迭代器失效

首先我们来看下面这个代码关键部分，是自己实现的 vector的 insert() 函数：

		void insert(iterator pos, const T& x) {  //iterator表示地址assert(pos >= _start && pos <= _finish); //插入在合理范围内// 扩容if (_finish == _endOfStorage) //判断扩容{int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}// 把数据往后挪一位size_t end = finish - 1;while (pos <= end){*(end + 1) = *end; //问题所在end--;}*pos = x;++finish;}

vector 的内部指针

_start：指向内存块的起始位置
_finish：指向最后一个元素的下一个位置（即当前元素数量）
_endOfStorage：指向内存块的末尾（即当前容量）

上述代码有问题，示例场景：

假设我们有一个包含 3 个元素的 vector，容量为 3：

步骤1，插入前的状态：

步骤2，扩容操作：

当 _finish == _endOfStorage时，触发扩容：

int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
reserve(newcapacity);

扩容后：

步骤3，问题代码执行：

size_t end = finish - 1; // end = 0x2008（新内存中C的位置）
while (pos <= end) // 比较 0x1004(旧地址) 和 0x2008(新地址)
{*(end + 1) = *end; // 问题所在end--;
}

比较不同内存块的指针是未定义行为。当 end递减到小于pos时，循环条件pos <= end可能仍然成立，程序会继续尝试访问已释放的内存！

修正代码：

		void insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start && pos <= _finish);// 扩容if (_finish == _endOfStorage){size_t len = pos - _start; //保存偏移量int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);pos = _start + len; //起点+偏移量 找到pos}// 把数据往后挪一位iterator end = _finish - 1;while (pos <= end){*(end + 1) = *end;end--;}*pos = x;++_finish;}

其实上述还是没有完全解决迭代器失效，上述只是修改了内部的迭代器失效，如果迭代器在外部也是可能会失效的，如下例子：

    auto pos = v.begin() + 3;   // 获取迭代器v.insert(pos, 100);          // 插入元素（可能扩容）*pos += 10;                 // 危险！迭代器已失效

上述 insert() 函数扩容之后，使用*pos += 10; 是错误的。我们在函数内使用完pos，pos是传值返回，在函数内部的修改不会影响到函数外pos的值。

也不能用 “&”传参，因为如果使用的是 begin() 类似的迭代器，begin()返回 iterator的对象，返回的是值，并不是引用，所以在两者传参的时候会产生临时对象，临时对象具有常性，这里就涉及到权限的放大，就会编译报错。

外部的迭代器失效问题 insert() 函数无法解决，所以在使用 insert()函数的时候要格外注意。

所以，我们为pos提供一个返回值，来解决外部的迭代器失效问题。

最终函数：

iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);// 解决pos迭代器失效问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}