1、vector的基本介绍
- 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
- 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
- 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
- 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
- 与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， 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lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好
2、vector的常用接口
vector构造函数
| 定义 | 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 |
vector iterator 的使用
| iterator的使用 | 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 |
vector空间增长问题
| 容量空间 | 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放入capacity |
- 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。
- 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 增删查改
| vector增删查改 | 功能说明 |
|---|---|
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| find | 查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口） |
| 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 |
3、vector部分模拟实现
namespace fl{//自己定义命名空间，防止命名污染
template<class T>
class vector
{
public:
//vector的迭代器是一个原生指针
typedef T* iterator;//普通迭代器
typedef const T* const_iterator;//const修饰的迭代器
template<class InputIterator>
//函数模板，通过两个迭代器构造vector
// 若使用iterator做迭代器，会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器
// 重新声明迭代器，迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);//插入数据
first++;
}
}
//用来交换vector中的变量，也就是交换3个迭代器所指向的位置，相当于交换了空间
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//无参构造
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{}
//v2(v1)
//传统写法
//vector(const vector<T>& v)
//{
// _start = new T[v.capacity()];
// _finish = _start + v.size();
// _endofstorage = _start + v.capacity();
// //memccpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
// // 这里也要一个个赋值跟reserve中一样
// for (int i = 0; i < v.size(); i++)
// {
// _strat[i] = v._start[i];
// }
//}
//v2(v1)
//现代写法
//vector(const vector& v)
vector(const vector<T>& v)//这里不能写成 vector(vector<T> v)，因为v1传给v时，会发生拷贝构造，相当于自己调用自己
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr)
{
vector<T> tmp(v.begin(), v.end());//
//相当于this->swap(tmp);
swap(tmp);
}
//v2 = v1
//现代写法
//vector& operator=(vector<T> v)
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
//析构
~vector()
{
if (_start)//如果_start为nullptr，则不做处理
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
//[]重载，可读不可写，const对象调用
const T& operator[](size_t i) const
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
//[]重载，可读可写，const对象调用
T& operator[](size_t i)
{
assert(i < size());
return _start[i];
}
//返回有效数据的个数
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
//返回空间大小
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if (_start)
{
// memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中
//如果拷贝的是自定义类型的元素，memcpy即高效又不会出错，但如果拷贝的是自定义类型元素，
//并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝
//所以不能使用memcpy
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*sz());
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
//如果T是int，没问题
//如果T是string，也没问题，因为STL中string的赋值是深拷贝
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
// _finish = _start + size(); size()有问题，因为_start已经被更新，但_finish没有被更新，所以需要提前算出sz
_finish = _start + sz;//更新_finsh
_endofstorage = _start + n;//更新_endofstorage
}
}
//如果没有传val，则会使用缺省值，然后调用T(T是模板参数)的构造函数
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n < size())//相当于缩容，但实际的空间不变，只是改变_finish，就能达到缩容的效果
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())//空间不够就需要扩容
{
reserve(n);
}
while (_finish != _start + n)//将_finish后面的空间都赋值val
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& val)
{
if (_finish == _endofstorage)//空间不够就扩容
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);//防止对nullptr扩容
}
*_finish = val;
++_finish;
}
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
--_finish;
}
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start && pos <= _finish);//确保pos位置合法
//满了就扩容
if (_finish == _endofstorage)
{
//扩容会导致pos失效，所以扩容前先保存一下
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
//挪动数据，从后往前挪，挪动完成后，pos的位置已经被空出来了
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(size() > 0 && pos >= _start && pos < _finish);//确保pos位置合法
iterator begin = pos + 1;
//挪动数据，从前往后挪
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}
private:
iterator _start;//第一个位置
iterator _finish;//有效数据后一个元素
iterator _endofstorage;//有效空间的后一个位置
};
}
关于memcpy的建议：
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
4、vector迭代器失效问题
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)
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：
- 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
v.resize(100, 8)： 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.reserve(100)： 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.insert(v.begin(), 0)：插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
v.assign(100, 8)： 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
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
- 指定位置元素的删除操作–erase
先看以下代码：
#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iterator
vector<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
void test_vector()
{
// 三种场景去测试
//导致这这三种问题的本质是eraser(it)以后，it的意义变了，再去++it是不对的
// 例1: 1 2 3 4 5 -> 正常(纯属巧合)
// 例2: 1 2 3 4 -> 崩溃
// 例3: 1 2 4 5 -> 没删除完
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
// 要求删除v1所有的偶数
vector<int>::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
it = v1.erase(it);//如果是vs中的erase，会报错，因为vs会对it进行强制检查，不能再使用已经使用过的迭代器
}
++it;
}
例1结果：
例2结果：
例3结果：
如果使用vs库中的vector，用上述例子测试，这都会报错，原因是vs会对it进行强制检查，不能使用已经被使用过的迭代器
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可