C++——STL(vector类)

news/2025/1/15 13:22:57/

1.vector的介绍

vector的文档介绍

  1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
  2. vector就像数组一样，拥有连续的储存空间来储存元素，这就意味着可以通过下标的方式来访问vector的元素，很高效；但与数组不同的是vector的大小是动态改变的。
  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. 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。

2.vector的使用

2.1 vector的定义

(constructor)：构造函数声明

模拟实现的vector构造：

class vector
{
public://无参构造vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_endOfStorage(nullptr){}//构造并初始化n个valvector(int n, const T& val = T()):_start(new T[n]),_finish(_start+n),_endOfStorage(_start+n){for (size_t i = 0; i < n; i++){_start[i] = val;}}//拷贝构造vector(const vector<T>& val):_start(nullptr),_finish(nullptr),_endOfStorage(nullptr){reserve(val.capacity());iterator it = begin();const_iterator vit = val.begin();while (it != val.end()){*it = *vit;++it;++vit;}}//迭代器构造template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}private:iterator _start=nullptr;        //指向数据块的开始iterator _finish=nullptr;		//指向数据块的尾iterator _endOfStorage=nullptr; //指向存储容量的尾
}

2.2 vector iterator的使用

begin+end 接口说明: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 接口说明: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

模拟实现的vector iterator：

//vector 的迭代器是原生指针
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;iterator begin()
{return _start;
}const_iterator begin() const
{return _start;
}iterator end()
{return _finish;
}const_iterator end() const
{return _finish;
}

 2.3 vector的空间问题

接口及其说明：

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；

关于resize与reserve：

  • 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。

vector 空间接口模拟实现：

//size
size_t size() const
{return _finish - _start;
}//capacity
size_t capacity() const
{return _endOfStorage - _start;
}//empty
bool empty() const
{return _start == _finish;
}//reserve
void reserve(size_t n)
{size_t oldsize = size();if (n > capacity()){//开辟新空间T* tmp = new T[n];//拷贝数据if (_start){for (size_t i = 0; i < oldsize; i++){tmp[i] = _start[i];}//释放原空间delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + oldsize;_endOfStorage = _start + n;}
}//resize
void resize(size_t n, const T& val = T())
{if (n <= size()){_finish = _start + n;return;}//如果n大于之前的容量，则扩容if (n > capacity()){reserve(n);}iterator it = _finish;while (it != _start + n){*it = val;++it;}
}

 2.4 vector的增删查改

接口及其说明：

push_back :尾部插入；

pop_back :尾部删除；

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[] :下标访问；

模拟实现：

//insert
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{assert(pos <= _finish);assert(pos >= _start);if (size() == capacity()){size_t possize = pos - _start;size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);//如果发生了增容pos = _start + possize;}iterator it = _finish;while (it != pos){*it = *(it - 1);--it;}*pos = val;++_finish;return pos;
}//erase
iterator erase(iterator pos)
{assert(pos < size());iterator it = pos;while (it != _finish){*it = *(it + 1);++it;}--_finish;return pos;
}//push_back
void push_back(const T& val)
{insert(end(), val);
}//pop_back
void pop_back()
{assert(size() > 0);--_finish;
}//operator[]
T& operator[](size_t pos)
{assert(pos < size());return _start[pos];
}const T& operator[](size_t pos) const
{assert(pos < size());return _start[pos];
}//swap
void swap(vector<T>& v)
{std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}

3.vector 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：

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。（只要涉及扩容就有可能导致迭代器失效问题）

解决方案：当发生扩容后重新给迭代器变量赋值即可。

2.指定位置元素的删除操作--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。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。


http://www.ppmy.cn/news/1522380.html

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