1. vector的介绍

vector其实就是我们所熟知的顺序表，但其是作为STL中的一个类模板而存在。

也就是说，vector是可以用来存储任意类型数据的顺序表，既可以是内置类型，也可以是自定义类型，或是STL中的其他容器。

vector的使用方式与string基本相似，但其接口相对于string来说要简洁地多，也与之后会介绍地各种STL的类模板跟为接近。

具体以vector - C++ Reference为准，本文为该文档的一个简单总结与标注。

2. vector的重要接口

以下表格中的函数都不是官方库中的函数原型，而是为了方便学习和理解而进行了简化的。

2.1 默认成员函数

2.1.1 构造函数

四种构造方式

(1) vector();	默认构造函数
(2) vector(size_t n, cosnt T& val = T());	构造并用val初始化前n个数据
(3) template <class InputIterator>       vector(InputIterator first, InputIterator last);	用迭代器区间进行初始化
(4) vector(const vector& x);	拷贝构造

 2.1.2 析构函数

释放掉容器内的资源。

2.1.3 赋值重载

 分配新的数据到容器中，替代他本来的数据，并根据新数据修改其size和capacity（深拷贝）。

2.2 迭代器相关

begin	返回开始位置的迭代器
end	返回最后一个数据的下一个位置的迭代器
rbegin	用于逆向迭代
rend	用于逆向迭代
cbegin	用于const修饰的容器的迭代
cend	用于const修饰的容器的迭代
crbegin	用于const修饰的容器的逆向迭代
crend	用于const修饰的容器的逆向迭代

2.3 大小容量相关

size_t size() const;	返回数据个数
size_t max_size() const;	返回容量大小
void resize(size_t n, T val = T());	修改数据个数，若n<size则删除数据，若n>size则用val初始化多出来的数据
size_t capacity() const;	返回容量大小
bool empty() const;	判断容器是否为空
void reserve(size_t n);	确保capacity>=n，若capacity<n则扩容，若capacity>=n则无任何影响
void shrink_to_fit();	是capacity减小到size，以减少空间浪费

2.4 访问相关

(1) vector<T>& operator[](size_t n); (2) const vector<T>& operator[](size_t n) const;	使vector中的元素可像数组一样被访问
(1) vector<T>& at(size_t n); (2) const vector<T>& at(size_t n) const;	返回vector中下标为n的元素的引用
(1) vector<T>& front(); (2) const vector<T>& front() const;	返回vector中第一个元素的引用
(1) vector<T>& back(); (2) const vector<T>& back() const;	返回vector中最后一个元素的引用
(1) T* data(); (2) const T*data() const;	返回存储vector中元素的数组的地址

2.5 元素修改相关

(1) template<class InputIterator>      void assign(InputIterator first, InputIterator last); (2) void assign(size_t n, const T& val);	给vector赋新的值，效果类似于重新构造这个vector
void push_back(const T& val);	在vector尾部插入一个元素
void pop_back();	删除vector尾部的一个元素
(1) iterator insert(iterator pos, const T& val); (2) void insert(iterator pos, size_t n, const T& val); (3) template <class InputIterator>      void insert(iterator position, InputIterator first，InputIterator last);	在指定位置插入元素，效率低，非特殊情况不推荐使用
(1) iterator erase(iterator pos); (1) iterator erase(iterator first, iterator last);	删除指定位置的数据，效率低，非特殊情况不推荐使用
void swap(vector<T>& x);	交换两个vector的数据
void clear();	清空vector，使size变为0

3. vector不完全模拟实现示例

STL标准库中，vector包括三个成员变量：

_start	起始位置的迭代器
_finish	最后一个元素的下一个位置的迭代器
_end_of_storage	最大容量的下一个位置的迭代器

#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>namespace lbz
{template<class T>class vector{public:// Vector的迭代器是一个原生指针typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator cbegin() const{return _start;}const_iterator cend() const{return _finish;}// construct and destroy// 可以不写初始化列表vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_end_of_storage(nullptr){}// C++11强制生成默认构造// vector() = default;vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);while (n--){push_back(value);}}vector(size_t n, const T& value = T()){reserve(n);while (n--){push_back(value);}}template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);first++;}}/*vector(const vector<T>& v){vector<T> tmp(v.cbegin(), v.cend());swap(tmp);}*/vector(const vector<T>& v){reserve(v.size());auto it = v.cbegin();while (it != v.cend()){push_back(*it);it++;}}vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){if(_start)delete[] _start;_start = nullptr;_finish = nullptr;_end_of_storage = nullptr;}// capacitysize_t size() const{return (_finish - _start);}size_t capacity() const{return (_end_of_storage - _start);}/*void reserve(size_t n){size_t old_size = size();size_t old_capacity = capacity();if (n > old_capacity){while (n > old_capacity){old_capacity = old_capacity == 0 ? 4 : old_capacity * 2;}T* tmp = new T[old_capacity];//元素有动态资源时，memcpy存在问题memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size);delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_end_of_storage = _start + old_capacity;}}*/void reserve(size_t n){size_t old_size = size();size_t old_capacity = capacity();if (n > old_capacity){while (n > old_capacity){old_capacity = old_capacity == 0 ? 4 : old_capacity * 2;}T* tmp = new T[old_capacity];for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_end_of_storage = _start + old_capacity;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n < size()){_finish = _start + n;}else{reserve(n);while (size() < n){push_back(value);}}}///access///T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}///modify/void push_back(const T& x){reserve(size() + 1);*_finish = x;_finish++;}void pop_back(){_finish--;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos >= begin() && pos < end());size_t old_pos = pos - _start;reserve(size() + 1);pos = _start + old_pos;//typename vector<int>::iterator end = end();auto end = this->end();while (end != pos){*end = *(end - 1);end--;}*end = x;_finish++;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= begin() && pos < end());iterator it = pos;while (it != end() - 1){*it = *(it + 1);it++;}_finish--;return pos;}private:iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向存储容量的尾};
}

4. 迭代器失效问题

顾名思义，就是迭代器失去访问容器中元素的能力。

导致迭代器失效发生的有两种情况：（1）底层空间改变，（2）指定位置元素删除(erase)

4.1 底层空间改变导致迭代器失效

会引起其底层空间改变的操作（扩容或者赋值），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);while(it != v.end()){cout<< *it << " " ;++it;} cout<<endl;return 0;
}

出错原因：

以上操作，都有可能会导致vector发生扩容，而vector只要发生扩容都是异地扩，并且vector的迭代器实质上是指针。

这意味着，一旦发生扩容，原本的空间就会被释放掉，_start，_finish，_end_of_storage会分别指向新空间。但此时，it仍旧指向旧空间，变成了一个野指针。

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，就需要给it重新赋值。

其中，insert函数会返回指向插入元素的迭代器（插入单个元素时）。

4.2 指定位置元素删除(erase)导致迭代器失效

#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;
}

这里有人会说：删掉3之后pos不是指向4吗？

你说的对，但是假如被删除的是最后一个元素呢？假如此处不是vector（顺序表）而是list（链表）呢？假如迭代器的底层根本就不是指针呢？

如果是以上三种情况，被删除元素的迭代器还会被下一个元素继承吗？显然不会，那么此时对pos解引用就会导致非法访问。

由于STL的实现是希望用户能够忽略掉底层实现，那么关于这个问题最好是要做到所有容器统一，认为对pos的访问是非法访问。

解决方法：和insert类似，erase函数在删除数据之后，会返回被删除数据的下一个位置的迭代器，让pos重新接收一下即可。

4.3 其他

windows下，vs编译器对迭代器的检测十分严格，一旦发生对失效的迭代器解引用的操作就一定会报错。

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。

前面讲到的string和vector存在相同的迭代器失效的问题，注意警惕。

5. 使用memcpy拷贝的问题

前面在string的实现中，我们在进行异地扩容时使用了memcpy将原本的数据拷贝到新空间中。

但是在这里，我们则采用了手动赋值的方式，这是为什么呢？

void reserve(size_t n)
{size_t old_size = size();size_t old_capacity = capacity();if (n > old_capacity){while (n > old_capacity){old_capacity = old_capacity == 0 ? 4 : old_capacity * 2;}T* tmp = new T[old_capacity];//元素有动态资源时，memcpy存在问题memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * old_size);delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_end_of_storage = _start + old_capacity;}
}void reserve(size_t n)
{size_t old_size = size();size_t old_capacity = capacity();if (n > old_capacity){while (n > old_capacity){old_capacity = old_capacity == 0 ? 4 : old_capacity * 2;}T* tmp = new T[old_capacity];for (size_t i = 0; i < old_size; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;_start = tmp;_finish = _start + old_size;_end_of_storage = _start + old_capacity;}
}

我们设想下面这样的情况：

int main()
{lbz::vector<lbz::string> v;v.push_back("1111");v.push_back("2222");v.push_back("3333");reserve(5);return 0;
}

在三次push_back完成之后，v中存储了三个string类型的对象，他们的_str分别指向str1 = "1111"，str2 = "2222"，str3 = "3333"。

接着，我们对vector进行了扩容，如果我们采用memcpy进行拷贝，那么只能完成对三个string对象的浅拷贝，也就是tmp中的三个string对象的_str依然指向str1，str2和str3。

当我们delete[] _start时，三个string类型的对象调用对应的析构函数分别释放掉str1，str2和str3。

此时，tmp中三个string对象的_str就都成了野指针，如果对其访问，就会造成程序的崩溃。

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。

 6. 动态二维数组

对于vector<vector<int>>的理解有困难的小伙伴，可以参考这篇文章：如何开辟动态二维数组（C语言）_动态开辟二维数组-CSDN博客