C++——vector

vector的介绍

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

与string有很强的相似性
不支持流提取，流插入的直接打印

 

vector的使用

需要包含的头文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
using namespace std;

 

主函数：

int main()
{
std::test_vector5();
Solution().generate(5);

return 0;
}

 

构造函数：类模板

namespace std
{
void test_vector1()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2(10, 1);
vector<int> v3(v2);
}

 

遍历：

下标+[ ] 像数组一样访问，可读可写（得益于运算符重载）
迭代器（4种） 像指针一样 支持范围for（底层就是迭代器）

void test_vector2()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);

// 下标+[]
for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
{
v1[i]++;
}
for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;

// 迭代器
vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
(*it)--;

cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;

for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

 

只提供尾插尾删

void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
vector<int> v;
  //避免扩容
//v.resize(100);
v.reserve(100);//不会影响数据

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';
}
}
}
 
 void test_vector3()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
cout << v1.max_size() << endl;

TestVectorExpand();
}

 

为什么vector不提供find？

其实只是string比较特殊，其余的都是有通用的find函数模板
左闭右开[first,last)

void test_vector4()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);

vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);
if (pos != v1.end())
{
v1.insert(pos, 30);
}

for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

pos = find(v1.begin(), v1.end(), 300);
if (pos != v1.end())
{
v1.erase(pos);
}

for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

 
 

排序：sort

泛型编程
底层是快排 传迭代区间 函数模板 默认是升序
降序：仿函数
string也可排

void test_vector5()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(10);
v1.push_back(2);
v1.push_back(32);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(1);
v1.push_back(9);
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

sort(v1.begin(), v1.end());

for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
  
   //降序

//less ls;
//greater gt;
//sort(v1.begin(), v1.end(), gt);
sort(v1.begin(), v1.end(), greater<int>());

for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

string s("hello313131244");
//sort(s.begin(), s.end());
sort(s.begin(), s.end(), greater<char>());
cout << s << endl;
  
   

//vector v;
//string str; // 数据结尾\0 +=、find、比较大小、to_string、<< 、>>等等
// vector 无法替代string

vector<string> strV;

string str1("张三");
strV.push_back(str1);
strV.push_back(string("李四"));

strV.push_back("王六");
strV.push_back("赵七");
  
   //小心深拷贝——加引用的意义
   //不加就是拷贝构造——深拷贝

for (const auto& str : strV)
{
cout << str << endl;
}
}

 
 

vector的模拟实现

搭一个最简单的架子：

vector.h

#pragma once

namespace haha
{
tmeplate<class T>
class vector
{
typedef T* iterator;
public:

private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;


};
}

从源代码中看vector的主要框架：
成员变量的定义：

iterator start;//begin
iterator finish;//end   最后一个数据的下一个位置
iterator end_of_storage;

三个迭代器其实也就是原生指针
原生指针要在连续的物理空间中使用，list就不能用（有结点）

初始化全为空：

vector(): start(0),finish(0),end_of_storage(0)
{}

现在：
size->end()-begin()
capacity->end_of_storage-begin()

从前：
_a;
_size;
_capacity;

 

构造函数和析构函数

//构造函数
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}

//析构函数
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}
     
     size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
  
  size_t capacity() const
{
return _end_of_storage - _start;
}

 

尾插，尾删

//帮助我们提前开空间
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
                                       //将旧空间中的数据拷贝到新空间再释放旧空间
memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*sz);
delete[] _start;
}
    //重置 
    //需要提前保留size，避免finish出现问题

_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}


void push_back(const T& x)//T代表自定义类型
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
   //扩容
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
   //放数据

*_finish = x;
++_finish;
}

void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}

这里push_back要用const+&
要用引用而不是传值（深拷贝）
在隐式类型转换中会有临时变量——>具有常性

 

operator[]

const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());

return _start[pos];
}

T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());

return _start[pos];
}

 

迭代器

typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;


iterator begin()
{
return _start;
}

iterator end()
{
return _finish;
}

const_iterator begin() const
{
return _start;
}

const_iterator end() const
{
return _finish;
}

 

insert、erase 迭代器失效

insert：
将pos位置后的数据挪动一位，再插入数据

erase：
从前往后去覆盖
自己实现的erase不会发生迭代器失效，但是库的有可能会
缩容（以时间换空间）情况下会发生

void push_back(const T& x)
{
/*if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}

*_finish = x;
++_finish;*/
insert(end(), x);
}

void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);//这里可以用<=是因为push_back可以复用

if (_finish == _end_of_storage)
{
       //内部迭代器失效：
   //扩容时，释放旧空间，pos指针会失效出现野指针问题
   //需要更新pos指针
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}

// 挪动数据
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;

++_finish;
}

// stl 规定erase返回删除位置下一个位置迭代器
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);

iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}

--_finish;
//if (size() < capacity()/2)
//{
 缩容 -- 以时间换空间
//}

return pos;
}
  
  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);

for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

auto p = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (p != v.end())
{
  //外部迭代器失效：
  //pos的修改不会影响p，形参的修改不会影响实参
// 在p位置插入数据以后，不要访问p，因为p可能失效了。
v.insert(p, 30);

//cout << *p << endl;
//v.insert(p, 40);
}

for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

v.insert(v.begin(), 1);
}

void test_vector3()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

auto p = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (p != v.end())
{
v.erase(p);
}

for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;

v.erase(v.begin());

for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

结论：
insert，erase 之后不要直接访问pos。再次访问可能会出现问题

迭代器失效：

1. insert扩容问题，erase缩容问题，产生的pos野指针
2. pos指向的值已经不是原先的值了（数据挪动） erase之后继续++

解决：

1. 更新pos
2. 更新iterator 接收返回值再连跳两次（insert）

//3种错误结果
 //void test_vector4()
//{
 正常运行
//vector v;
//v.push_back(1);
//v.push_back(2);
//v.push_back(3);
//v.push_back(4);
//v.push_back(5);

 要求删除所有的偶数
//auto it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
//if (*it % 2 == 0)
//{
//v.erase(it);
//}

//++it;
//}

//for (auto e : v)
//{
//cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//}

//void test_vector4()
//{
 崩溃
//vector v;
//v.push_back(1);
//v.push_back(2);
//v.push_back(3);
//v.push_back(4);

 要求删除所有的偶数
//auto it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
//if (*it % 2 == 0)
//{
//v.erase(it);
//}
//++it;
//}

//for (auto e : v)
//{
//cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//}

//void test_vector4()
//{
 结果不对
//vector v;
//v.push_back(1);
//v.push_back(2);
//v.push_back(4);
//v.push_back(3);
//v.push_back(4);
//v.push_back(5);

 要求删除所有的偶数
//auto it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
//if (*it % 2 == 0)
//{
//v.erase(it);
//}
//
//++it;
//}

//for (auto e : v)
//{
//cout << e << " ";
//}
//cout << endl;
//}


 
 
 // 正确的方式
void test_vector4()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(4);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);

// 要求删除所有的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);
               
   }
else
{
++it;

}
}

for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
}

数据排列的偶然性：

• 最后一个不是偶数
• 没有连续的偶数

接收返回值再连跳两次（insert）

auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.insert(it，*it * 2);
        ++it;
                                ++it;                
   }
else
{
++it;

}
}

 

拷贝构造：

内置类型：默认是浅拷贝->指向同一块空间
问题：析构2次+一个对象的修改会影响另一个对象

自定义类型
使用深拷贝：

1. 传统：memcpy
2. 先置空；开空间；复用push_back
3. 现代

v1（v2）
//1.
// v2(v1)
//vector(const vector& v)
//{
//_start = new T[v.size()]; // v.capacity()也可以
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());

//_finish = _start + v.size();
//_end_of_storage = _start + v.size();
//}
  
   //2.

// v2(v1)
/*vector(const vector& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(v.size());
for (const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}*/

vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
  
   //3.

template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
while(first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}

void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}

// v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());
swap(tmp);
}

 

赋值

针对的是两个已经存在的对象

vs = v；
vector<int> copy = v;//copy(v) 拷贝构造
v1 = v2
// v1 = v2
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}

 

resize

1. n>15 需要扩容+初始化
2. n>8 && n <=15 初始化
3. n < 8 删除数据

注意：reserve不能用[]访问

void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}

if (n > size())
{
// 初始化填值
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}


  
  void test_vector10()
  {
  vector<int> v1;
  v1.resize(10, 0);
  for (auto e : v1)
  {
  cout << e << " ";
  }
  cout << endl;
  //std::vector v2;
  vector<int> v2;
  v2.reserve(10);
v2.push_back(1);
v2.push_back(2);
v2.push_back(3);
v2.push_back(4);
v2.push_back(5);
v2.resize(8, 8);
for (auto e : v2)
{cout << e << " ";}
cout << endl;
v2.resize(20, 20);
for (auto e : v2)
{cout << e << " ";}
cout << endl;
v2.resize(3);
for (auto e : v2)
{cout << e << " ";
}
cout << endl;
}

 

使用memcpy拷贝问题

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。

结论：如果对象中涉及到资源管理时，千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝，因为memcpy是浅拷贝，否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*sz);
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];//T对象是自定义类型时，调用的对象是operator=
}
delete[] _start;
}

_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}

 //v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.size()]; // v.capacity()也可以
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.size();
}

拷贝数据：

1. 拷贝构造
2. 扩容