1. 前言

上一篇文章我们学习了C++中string类的使用和模拟实现，string是一种表示字符串的字符串类今天我们来继续学习C++中的另一种容器：vector。

2. 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。

3. vector的常用接口

3.1 vector对象的常见构造函数

函数名称	功能说明
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

void Test1(){vector<int> v1;vector<int> v2(10, 1);vector<int> v3(v2);}

3.2 iterator的使用

函数名称	功能说明
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

void Test1(){vector<int> v1;vector<int> v2(10, 1);vector<int> v3(v2);//迭代器vector<int>::iterator it = v2.begin();while (it != v2.end()){(*it)++;cout << *it << ' ';it++;}cout << endl;}

3.3 vector的空间管理

函数名称	功能说明
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

注意：
1.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。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。
2.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。
3.resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

void TestVectorExpand(){size_t sz;vector<int> v;//v.resize(100);//v.reserve(100);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 Test3(){vector<int> v1;cout << v1.max_size() << endl;TestVectorExpand();}

void TestVectorExpand(){size_t sz;vector<int> v;//v.resize(100);v.reserve(100);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 Test3(){vector<int> v1;cout << v1.max_size() << endl;TestVectorExpand();}

3.4 vector的增删查改

函数名称	功能说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
find	查找
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

void Test4(){vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);vector<int>::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);if (pos != v1.end()){v1.insert(pos, 30);}for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++){cout << v1[i] << ' ';}cout << endl;pos = find(v1.begin(), v1.end(), 300);if (pos != v1.end()){v1.erase(pos);}for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;}

void Test5(){vector<int> v1;v1.push_back(10);v1.push_back(1);v1.push_back(44);v1.push_back(223);v1.push_back(32);v1.push_back(56);v1.push_back(15);v1.push_back(90);for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;sort(v1.begin(), v1.end());for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;//less<int> ls;//greater<int> gt;//sort(v1.begin(), v1.end(), gt);sort(v1.begin(), v1.end(), greater<int>());for (auto e : v1){cout << e << ' ';}cout << endl;}

4. vector迭代器失效的问题

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)。
可能导致迭代器失效的操作有很多，下面我们来一一介绍。

4.1 底层空间改变的操作

会引起其底层空间改变的操作，都有可能导致迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。

void Test6(){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);while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}

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。

4.2 指定位置元素的删除操作

void Test7(){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}

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。

总结：
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

5. vector模拟实现

namespace fiora
{template<class T>class vector{public: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;}size_t size()const{return _finish - _start;}size_t capacity()const{return _end_of_storage - _start;}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];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + sz;_end_of_storage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& val = T()){if (n > capacity()){reserve(n);}if (n > size()){while (_finish < _start + n){*_finish = val;_finish++;}}else{_finish = _start + n;}}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = len + _start;}//向后挪动数据iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;end--;}*pos = x;_finish++;return pos;}//erase返回删除位置的下一个位置的迭代器iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator begin = pos + 1;while (begin < _finish){*(begin - 1) = *begin;begin++;}_finish--;return pos;}T& front(){assert(size() > 0);return *_start;}T& back(){assert(size() > 0);return *(_finish - 1);}void push_back(const T& x){if (_finish == _end_of_storage){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){assert(_finish > _start);_finish--;}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}/*vector(const vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){reserve(v.size());for (const auto& e : v){push_back(e);}}*/vector(const vector<T>& v):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);}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);}}template<class Iterator>vector(Iterator first, Iterator last):_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);first++;}}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _end_of_storage;};
}

6. 结尾

到这里，关于vector的介绍和常见功能我们就学习结束了，vector在实际中非常的重要，但在实际中我们只要熟悉常见的接口就可以了，最重要的是理解他的底层原理，要能够自己模拟实现出一个简单的vector。
最后，感谢各位大佬的耐心阅读和支持，觉得本篇文章写的不错的朋友可以三连关注支持一波，如果有什么问题或者本文有错误的地方大家可以私信我，也可以在评论区留言讨论，再次感谢各位。