vector的简单介绍和模拟实现
迪丽瓦拉
2024-04-21 09:40:52
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1.vector的介绍与使用
1.1.vector的介绍
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用连续存储空间来存储数组。也就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，它的大小可以可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
- 本质讲，vector使用动态分配的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，因为每当一个新元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
- vector分配空间的策略：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要大。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。
- 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。
- 与其他动态序列容器相比，（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，对于其他不在末尾删除和插入操作，效率很低。比起list和forword_list统一的迭代器和引用更好。
1.2.vector的使用
1.2.1.vector的构造函数
| (constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
| vector() | 无参构造 |
| vector(sizet_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 |
1.2.2.vector iterator的使用
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| 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 |
1.2.3.vector的空间问题
| 容量空间 | 接口说明 |
|---|---|
| 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 |
1.2.4. vector的增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| find | 查找 |
| insert | 在position之前插入 |
| 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 |
3.vector迭代器失效的问题
迭代器失效的主要作用就是让算法不用关心底层数据结构，其底层是一个指针，或者对指针进行了封装，比如:vector的迭代器就是原生指针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，而使用一块已经释放的空间，造成的后果是程序崩溃。
- 会引起底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效。比如:resize,reverse,insert,assign,push_back
#include
#include
using namespace std;
int main()
{vector v{1,2,3,4,5};auto it = v.begin()v.resize(100,8);/*resize可能出错的原因:resize可能会导致vector扩容，也就是说vector底层工作原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之前的旧空间，在对迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时的崩溃。*//*解决方式:在以上操作完成时，如果你还想继续通过迭代器操作vector中的元素，只需要重新给it赋值。*/while(it != v.end()){cout<<*it<<" ";++it;}cout< - erase删除pos位置后，pos位置之后的元素往前移，并没有导致底层空间的改变，理论上将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。
注意：VS比较严格，默认认为pos位置一但erase，默认it就失效
g++如果it还在合法的范围(begin(),end())，不会报错,但是一但出现非法访问，也会报错。
个人建议:无论it是否失效，建议不在使用it，如果要使用，重新赋值，这样你的代码可移植性比较高，在什么平台都能跑。
4.vector的模拟实现
//细节全在代码里了，不多言。
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS#include
#include
using namespace std;namespace smk
{template 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;}vector():_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstorage(nullptr){}size_t size()const{return _finish - _start;}size_t capacity()const{return _endofstorage - _start;}T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}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);}}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t oldSize = size();T* tmp = new T[n];if (_start){//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*oldSize);for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = tmp + oldSize;_endofstorage = _start + n;}}template vector(InputIterator first, InputIterator last):_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstorage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);++first;}}//v2 (v1)vector(const vector& v1):_start(nullptr),_finish(nullptr),_endofstorage(nullptr){vector tmp(v1.begin(), v1.end());swap(tmp);}vector& operator=(vector v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = nullptr;_finish = _endofstorage = nullptr;}void push_back(const T& val){if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);}*_finish = val;++_finish;}void pop_back(){assert(!empty());--_finish;}void empty(){return _finish == _endofstorage;}void resize(size_t n, 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& val){assert(pos >= _start);assert(pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t oldsize = size();size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);pos = _start + oldsize;}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 begin = pos + 1;while (begin < _finish){*(begin - 1) = *begin;++begin;}_finish--;return pos;}void swap(vector& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);}void clear(){_finish = _start;}private:iterator _start;iterator _finish;iterator _endofstorage;};