C++初阶（12）vector
1. vector的介绍及使用
在C++官方网站中找到vector。
1.1 vector的介绍
vector的文档介绍
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习
1.2 vector的常用接口函数
vector学习时一定要学会查看文档。
来看一下vector的结构：
- vector在实际中非常的重要，在实际中我们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。
1.2.1 构造函数
这里的这个allocator是空间配置器。
从这个类模版来看，使用vector的时候：
- 模版参数T必须传；
- 模版参数Alloc不用传，它有缺省参数；
- 不认识的类型，多半的typedef的。
这里给出了，在vector这个类里面，（定义）使用到的一些 成员类型 。
类里面可以定义：（成员）函数、（成员）类型、（成员）变量
（1）构造函数：允许传一个空间配置器 ，除了类模版那里，构造函数这里也能传一个空间配置器；
（2）构造函数：用n个value去初始化；
（3）构造函数：迭代区间去构造；
（4）拷贝构造：拷贝构造；
——它们都有的迭代器这个参数，都有缺省值，不用传
【总结】
| (constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
| vector()（默认构造-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 (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
| vector (const vector& x); （拷贝构造-重点） | 拷贝构造 |
1.2.2 迭代器
【总结】
| 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 容量
- size返回容器数据个数；
- capacity返回容器容量；
- max_size是一个没有意义的接口，不同平台下可能都不同，它本来是想告诉你最多能存多少个数据，实际上达不到这种效果（存不下）；
- empty判空
- shrink_to_fit调节容量capacity，去适应数据量size。
- resize空间不够就扩容，并用指定元素填充扩充的部分，默认是插入0（string的resize默认是插入\0）——缺省值，然后把size加上去；
- 如果指定的size比当前_size小，会删除数据，相当于保留前n个，至于是否缩容，不同的编译器不同；
- reserve就是扩容，不影响size。
【总结】
| 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（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。
// 测试vector的默认扩容机制
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：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
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
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 bar 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';}}
}1.2.4 修改
vector的assign也会比string的assign简洁很多，string类整体都设计得比较冗余，没什么经验。
vector的insert、erase也会比string的assign简洁很多。
C++11新增了emplace()。
emplace和insert功能类似。
有些地方说emplace效率更高，但是不确定。
暂时不讲emplace，之后C++11会专门讲。
【总结】
| 接口说明 | 接口说明 |
| 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 |
vector的接口差不多就是这样，比string少很多，因为要考虑存储的不同类型数据的普适性。
学完string，vector的接口差不多都能做到见名知意。
而string设计的更复杂，因为string专注考虑串的使用场景，就能尽善尽美尽可能把全部使用场景都考虑到。
string的复杂还有一部分就是设计的不那么合理，所以解释的成本也高一些，同时学string也是第一次教怎么看文档，也会比较画时间——怎么看这个接口、参数、参数的解释、返回值的说明......
vector的接口设计得相对而言更加简单。
vector学了之后导入算法课：因为C语言阶段的算法，传一组数据，借助的是数组，C++基本上传一组数据都会传vector，用起来会方便很多。
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）。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：
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，请问那个代码是正确的，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;
}
========================================================
// 使用第一组数据时，程序可以运行
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
1 3 5
=========================================================
// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ vim testVector.cpp
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
Segmentation fault从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。
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。
1.3 vector的测试
1.3.1 测试1-构造、尾插、遍历
//用类模版来实例化对象 vector<double> v2; //类模版是写给编译器的，写一个泛型编程，把vector实现成类模版，里面的数据类型不是写死的 //你指定存double，编译器再去实例化出一个double的vectorvector<string> v2; //给这个模版参数对应的类型，编译器就会生成对应类型的数组
- vector<int>：int就代表数组里面存的一个一个是int。
vector<char>：char就代表数组里面存的一个一个是char
- vector<char*>：char*就代表数组里存的就是一个一个的指针、或者说一个一个的字符串
- 实参传给形参：
- 函数参数传的是对象（运行时传的）；
- 模版参数传的是类型（编译时传的）；
- string
- vector<char>：
- vector实现的顺序表是针对所有的数组，其成员函数插入就只有一个一个地插入，对字符数组就不方便。
- 而只有字符有字符和字符“串”，于是单开了一个存字符串的类——string
- 正常的顺序表，一次插入一个数据。
- 存放字符的顺序表，一次有可能插入一个“字符串”。
- string有+=重载，一次插入一个字符、字符串；而vector没有+=重载。
- string和vector<char>主要是接口上的区别，string有很多针对字符串的接口。
- string是专门针对字符数组的各种特殊需求设计的，vector是支持各种通用数组的通用需求设计的。
- string和vector<char>在底层几乎一模一样，只是同样是存储hello，vector<char>里面就只有hello，string里面还有\0。
- vector<string>
- vector<char*>：应该对标的是vector<string>
代码测试。
vector实践中常用的遍历方法：下标+[ ]、或是范围for，不喜欢用迭代器。
vector更喜欢用范围for（在不涉及下标的地方），虽然范围for底层是迭代器，但上层使用起来更方便
——类似大众、奥迪、保时捷看起来截然不同，可能有些车型底层的的发动机是一模一样的。
但是迭代器和范围for都是主流（所有容器标配、通用），下标+[ ]仅string和vector、deque等容器。
1.3.2 测试2-vector存储名字
vector存名字（字符串）
- vector<char*>——太麻烦，char*的空间还要自己new
- vector<string>——容器套容器，各个容器都有现成的接口，使用起来很方便。
1.4 OJ练习
1.4.1 只出现一次的数字i（单身狗）
class Solution {
public:int singleNumber(vector<int>& nums) //引用传参：减少拷贝{int value = 0;for(auto e : v) //范围for{value ^= e; //异或}return value;}
};1.4.2 杨辉三角
【返回值】
- 返回一个vector数组，数组的每个元素是vector<int>。
（相比C语言的二维数组，这里的结构更灵活）- 函数内创建的临时对象，只能传值返回。
如何理解vector<vector<int>>：
模版是写给编译器的，编译器在编译的时候，把模版的实参传递给形参，生成对应的类、函数。
用实例化的第一个类产生的类型，去实例化第二个类，产生vector<vector<int>>这个类型。
- 运算符重载的意义：可以像二维数组一样，去访问数组元素；
第一次【】重载调用，返回一个对象，这个对象又去调【】重载。
全空间初始化为0的写法：
全空间初始化为1的写法：
// 涉及resize / operator[]
// 核心思想：找出杨辉三角的规律，发现每一行头尾都是1，中间第[j]个数等于上一行[j-1]+[j]
class Solution {
public:vector<vector<int>> generate(int numRows){ //实例化对象vector<vector<int>> vv(numRows);//已经在构造阶段把外层 vector 的 size 设成 numRows 了；//再调用一次 vv.resize(numRows) 只是重复地把 size 从 numRows 改成 numRowsfor(int i = 0; i < numRows; ++i) //n行{vv[i].resize(i+1, 1); //给每行开空间，开的空间都初始化为1}for(int i = 2; i < numRows; ++i) //i = 2，从第3行开始调整{for(int j = 1; j < i; ++j) //j = 1，从第3行的第2个元素开始调整{vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1];}}return vv;}
};这道题的意义在于熟悉vector<vector<……>>的使用，很多题都会用到vector<vector<……>>。
这道题要是用C，就很麻烦了：
- 【返回值】：C也要求一个二维数组，但是这个二维数组要动态开辟——创建在堆上的二维数组，否则出了作用域就销毁了。
- 【参数】：C语言来写，参数明显更复杂了。
- *returnSize（要解引用使用）：返回数组的同时，也要返回数组的数据个数，一维数组是数据个数，二位数组是行数。
- *returnColumnSizes（要解引用使用）：返回二维数组每行有多少个，每行不等长就需要一个一维数组来接收，就需要二级指针，外面的实参才能拿到。
力扣的C语言都是这样规范的：
返回一维数组需要返回一维数组的数据个数；
返回二维数组需要返回二维数组的行数和每行的数据个数——每行不等长就需要再开一个一维数组来记录；
因为C语言只能返回一个数据，不能返回一组数据（顶多返回一组连续数据的地址），就只能借助于输出型参数来解决。
动态开辟一个二维数组的方法：
- 先开出整体的元素个数：每个元素是int*，需要numRows个元素；
- 再给每个元素开出一维数组的空间；
从参数上、二维数组的申请上、二维数组的释放上，杨辉三角这道题，用C语言来写，控制起来就很麻烦了。
【总结】
通过上面的练习，我们发现vector常用的接口，更多是插入和遍历。
遍历更喜欢用数组operator[i]的形式访问，因为这样便捷。
课下自己实现一遍上面课堂讲解的OJ练习，然后请自行完成下面题目的OJ练习。以此增强学习vector的使用。
1.4.3 删除排序数组中的重复项
1.4.4 只出现一次的数ii
1.4.5 只出现一次的数iii
1.4.6 数组中出现次数超过一半的数字
1.4.7 电话号码字母组合
1.5 vector和算法的配合使用
1.5.1 sort
之前使用的qsort要传递一个回调函数的函数指针、一个数组。
后面对容器的排序，就推荐使用sort了。sort就不是用数组指针、函数指针了。
sort是一个函数模版，传递的是迭代器。使用需要包含算法头文件<algorithm>
可以看到，使用sort来排序就相当方便了。
其次，sort还支持各种玩法，能很方便地控制排序区间。
以上都是默认升序——如何排降序？？？
sort还重载了第二个版本，多了一个参数Compare comp——仿函数，严格来说也不一定传仿函数，传的是可比较的对象。
sort默认是升序，元素之间用“<”连接。排降序则元素之间用“>”。
- 不传Compare对象，调用的是sort的第一个版本——defaute版本，默认版本，排升序，按 < 进行比较。
- 多传greater类型的对象，可以按 > 比较，排降序。
C++的库里面写了一个这样的仿函数。
仿函数是一个greater<int>类型的对象，名字gt是随便取的，greater这个类型可以支持两个数的比较，大于返回1，小于返回0。
把这个仿函数传给它，就能排降序了：
- 按之前的常识，gt(2,3)这里的这个gt应该是函数名，但实际上gt是一个对象。
- 但是因为这个类重载了()运算符，使得对象调用成员函数这一过程，看起来像是直接的函数名调用。
【像函数一样调用的本质】
- ()运算符本来是函数调用时把参数列表扩起来的。
- 这个对象重载了()，这样当转换调用的时候，对象名gt直接跟运算符()，就像是在使用函数一样。
对应的有less：
不必使用有名对象。——先创建，再使用
推荐是直接使用匿名对象。——创建的同时就能使用，少写一行代码。
【总结】
- sort是一个函数模版（泛型），用传的实参实例化模版参数，对支持比较大小的类型——内置类型、自定义类型都能用，因为传的是迭代器。
- 随机迭代器（RandomAccesseIterator），list不适用。
- 对于不支持比较大小的类型（没重载 <、>），可以制订一些仿函数。
- 现在会用sort来排vector就好了。