1. vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

在C++中，vector是一个模板类，它是一个多功能的、能够操作多种数据结构和算法的函数库。它是C++标准模板库中的部分内容，用于表示动态数组。vector可以自动扩展以容纳新元素，并且可以在任何位置插入或删除元素。

vector的优点：

• vector是一个动态数组，可以自动扩展以容纳新元素。
• vector支持随机访问，可以通过下标访问元素。
• vector支持在任何位置插入或删除元素。

vector的缺点：

• vector的插入和删除操作可能会导致内存重新分配，从而导致性能下降。
• vector只能存储相同类型的元素。

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义（(constructor)构造函数声明）

default (1) vector (); //无参构造
fill (2) explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type()) // 构造并初始化n个val
range (3) vector (InputIterator first, InputIterator last); //使用迭代器进行初始化构造
copy (4) vector (const vector& x); //拷贝构造

1.2.2 vector iterator 的使用

vector的迭代器是一种指针，它可以遍历vector中的元素。vector的迭代器支持随机访问，可以通过下标访问元素。反向迭代器是一种特殊的迭代器，它可以从后向前遍历容器中的元素。
反向迭代器和正向迭代器的区别在于：对正向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素；而对反向迭代器进行++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。

const_iterator是一种只读迭代器，它不能修改vector中的元素。只读迭代器可以用于遍历vector中的元素，但不能用于修改vector中的元素。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v = { 1, 2, 3, 4, 5 };// 使用begin和end遍历vector中的元素for (auto i = v.begin(); i != v.end(); ++i)cout << *i << " ";cout << endl;// 使用rbegin和rend遍历vector中的元素for (auto i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i)cout << *i << " ";cout << endl;return 0;
}

1.2.3 vector Capacity

用如下代码查看vector 空间增长问题
VS平台下：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v;cout << "capacity: " << v.capacity() << endl;while (1){v.push_back(1);if (v.size() == v.capacity()){cout << "capacity: " << v.capacity() << endl;}}return 0;
}

gcc平台下：

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。

1.2.4 vector Modifiers

assign()是vector的成员函数之一，它可以用于将新元素分配给vector。assign()函数有多个重载版本，可以接受不同类型的参数。下面是一些常见的用法：

// assign()函数的第一个版本
vector<int> v1;
v1.assign(5, 10); // 将5个值为10的元素分配给v1// assign()函数的第二个版本
vector<int> v2;
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
v2.assign(arr, arr + 5); // 将数组arr中的元素分配给v2// assign()函数的第三个版本
vector<int> v3;
vector<int> v4;
v3.assign(v4.begin(), v4.end()); // 将v4中的元素分配给v3

emplace()是vector的成员函数之一，它可以用于在vector中构造新元素。emplace()函数有多个重载版本，可以接受不同类型的参数。下面是一些常见的用法：

// emplace()函数的第一个版本
vector<pair<int, string>> v1;
v1.emplace_back(1, "hello"); // 在v1中构造一个pair<int, string>类型的元素// emplace()函数的第二个版本
vector<complex<double>> v2;
v2.emplace(v2.begin(), 1.0, 2.0); // 在v2的开头构造一个complex<double>类型的元素// emplace()函数的第三个版本
vector<string> v3;
v3.emplace_back("hello"); // 在v3中构造一个string类型的元素在这里插入代码片

1.2.4 vector 迭代器失效问题

vector的迭代器失效问题是指，当vector中的元素被添加、删除或插入时，迭代器可能会失效。如果一个迭代器失效了，那么它就不能再用于访问vector中的元素。

下面是一些常见的导致迭代器失效的操作：

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。
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。
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

#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。pos = v.erase(pos); // 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(pos)之后// pos位置的迭代器就失效了// s.erase(pos);cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问return 0;
}

2. vector模拟实现

在stl源码中，可以看到vector使用三个iterator来实现的。

template<class T>class vector{public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;vector(){}//vector<int> v(10, 5);vector(size_t n, const T& val = T()){reserve(n);for (size_t i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}vector(int n, const T& val = T()){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(val);}}vector(const vector<T>& v){_start = new T[v.capacity()];//必须用深拷贝for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_end_of_storage = _start + v.capacity();}// [first, last)template <class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator begin() const{return _start;}const_iterator end() const{return _finish;}void resize(size_t n, T val = T()){if (n < size()){// 删除数据_finish = _start + n;}else{if (n > capacity())reserve(n);while (_finish != _start + n){*_finish = val;++_finish;}}}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t sz = size();T* tmp = new T[n];if (_start){for (size_t i = 0; i < sz; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_end_of_storage = _start + n;}}void push_back(const T& x){if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;}void pop_back(){assert(!empty());--_finish;}iterator insert(iterator pos, const T& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);// 扩容后更新pos，解决pos失效的问题pos = _start + len;}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = val;++_finish;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator start = pos + 1;while (start != _finish){*(start - 1) = *start;++start;}--_finish;return pos;}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}size_t size() const{return _finish - _start;}bool empty(){return _start == _finish;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos) const{assert(pos < size());return _start[pos];}private:iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _end_of_storage = nullptr;};