vector的介绍及使用
vector的介绍
vector的文档介绍
- 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。
vector的使用
vector的定义
(constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
---|
vector()(重点) | 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); (重点) | 拷贝构造 | vector (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
std::vector<int> first;
std::vector<int> second (4,100);
std::vector<int> third (second.begin(),second.end());
string s("hello");
vector<char> v(s.begin(), s.end());
std::vector<int> fourth (third);
int myints[] = {16,2,77,29};
std::vector<int> fifth (myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int) );
std::cout << "The contents of fifth are:";
for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
std::cout << ' ' << *it;
std::cout << '\n';
return 0;
}
vector的遍历
1.size()+operator[]
2.迭代器
3.范围for
vector iterator 的使用
iterator的使用 | 接口说明 |
---|
begin + end(重点) | 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 |
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void PrintVector(const vector<int>& v)
{
vector<int>::const_iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
return 0;
}
vector 空间增长问题
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(重点) | 改变vector的size | reserve (重点) | 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。
这个问题经常会考察,不要固化的认为,顺序表增容都是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。 - 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
capacity
#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
size_t sz;
std::vector<int> foo;
sz = foo.capacity();
std::cout << "making foo grow:\n";
for (int i=0; i<100; ++i)
{
foo.push_back(i);
if (sz!=foo.capacity())
{
sz = foo.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
vs:运行结果:
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 3
capacity changed: 4
capacity changed: 6
capacity changed: 9
capacity changed: 13
capacity changed: 19
capacity changed: 28
capacity changed: 42
capacity changed: 63
capacity changed: 94
capacity changed: 141
g++运行结果:
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128
reserve
#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
size_t sz;
std::vector<int> foo;
sz = foo.capacity();
std::cout << "making foo grow:\n";
for (int i=0; i<100; ++i)
{
foo.push_back(i);
if (sz!=foo.capacity())
{
sz = foo.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
std::vector<int> bar;
sz = bar.capacity();
bar.reserve(100);
std::cout << "making bar grow:\n";
for (int i=0; i<100; ++i)
{
bar.push_back(i);
if (sz!=bar.capacity())
{
sz = bar.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
return 0;
}
resize
#include <iostream>
#include <vector>
int main ()
{
std::vector<int> myvector;
for (int i=1;i<10;i++)
myvector.push_back(i);
myvector.resize(5);
myvector.resize(8,100);
myvector.resize(12);
std::cout << "myvector contains:";
for (int i=0;i<myvector.size();i++)
std::cout << ' ' << myvector[i];
std::cout << '\n';
return 0;
}
vector 增删查改
vector增删查改 | 接口说明 |
---|
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 |
push_back和pop_back的使用
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a+sizeof(a)/sizeof(int));
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
v.pop_back();
v.pop_back();
v.push_back(5);
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
结果:
find、insert、erase的使用
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
iterator erase (iterator position);
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 30);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
结果:
operator[]、swap的使用
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
v[0] = 10;
cout << v[0] << endl;
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
vector<int> swapv;
swapv.swap(v);
cout << "v data:";
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
cout << "swapv data:";
for (size_t i = 0; i < swapv.size(); ++i)
cout << swapv[i] << " ";
cout << endl;
for(auto x : v)
cout<< x << " ";
cout<<endl;
return 0;
}
结果:
C++98下,最好使用vector的swap,全局的swap会涉及深浅拷贝,开销较大
C++11则都一样
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,导致迭代器变成野指针。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();
v.assign(100, 8);
while(it != v.end())
{
cout<< *it << " " ;
++it;
}
cout<<endl;
return 0;
}
-
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));
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
cout << *pos << endl;
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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数 #include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
return 0;
}
看一下结果: vs2019下: g++(Linux)下: 可以看到两个编译器都对其报了错误,而且是与内存访问相关的错误,为什么呢? 这里实际上就是一个迭代器失效的案例 解释:
vector中有元素{1,2,3,4},1不是偶数,所以不会删除,迭代器it向后走,指向2,2是偶数,所以删除2,此时迭代器还是向后走,我们的原意是想让it指向3,可是vector已经变成了{1,3,4},it指向的是第三个位置,所以指向了4,再删除4,vector变成了{1,3},it向后走,此时it已经不指向vector中的内容了,而v.end()指向的是3,所以it永远不会等于v.end(),也就是it会一直向后非法访问,直到访问到没有权限的位置,程序就异常结束了。
而vs是在删除2后,++it时出错的,++it会出错是因为VS编译器会在++的时候对it进行检查,如果有非法访问的行为则直接抛异常 我们在vecotr中加一个数字5,结果就不一样了: vs下: g++下: 可以看到g++下的编译通过了,vs还是抛出了异常,因为这是一种巧合的情况,刚好不会发生非法的内存访问,当删除4之后,it++指向了5,5不是偶数,于是不会被删除,it再++,it就到了v.end()的位置,结束循环。 而vs中仍然在同样的地方抛出了异常,是因为这种行为是不被允许的,可能会造成错误,于是vs就直接终止了程序。 那么怎么解决这种问题呢? erase会返回删除位置的下一个位置的迭代器,我们用it接收这个值,更新it的位置,指向的刚好就是下一个元素的位置,就不会发生非法的访问了
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
return 0;
}
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
vector 在OJ中的使用
只出现一次的数字 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
杨辉三角 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
删除有序数组中的重复项 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
只出现一次的数字 II - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
只出现一次的数字 III - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
数组中出现次数超过一半的数字
电话号码的字母组合 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
连续子数组的最大和
vector深度剖析及模拟实现
start、finish和end_of_storage是vector的三个核心成员变量,这三个成员变量的意义如上图所示。他们的类型是迭代器
template<class T>
typedef T value_type;
typedef value_type* iterator;
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
模拟实现vector
#include<iostream>
#include<algorithm>
#include<assert.h>
#include<string>
namespace ysj
{
template <class T>
class vector {
public:
typedef T value_type;
typedef value_type* iterator;
typedef const value_type* const_iterator;
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endof_storage(nullptr)
{}
vector(int n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endof_storage(nullptr)
{
reserve(n);
while (n--)
push_back(val);
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endof_storage(nullptr)
{
reserve(last - first);
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector& v)
:_start(nullptr)
,_finish(nullptr)
,_endof_storage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
iterator it = v. begin();
while (it != v.end())
{
push_back(*it);
++it;
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endof_storage, v._endof_storage);
}
const vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity()const
{
return _endof_storage - _start;
}
bool empty()
{
return _start == _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 < size(); ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endof_storage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, T val = T())
{
if (_finish == _endof_storage)
{
int newcapacity = 0 ? 4 : 2 * capacity();
resize(newcapacity);
}
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n < capacity())
{
while (n >= size())
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
else
{
reserve(n);
while (n >= size())
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
}
void push_back(const T& x)
{
while (_finish == _endof_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
*_finish = x;
++_finish;
}
iterator insert(iterator pos, T val)
{
if (_finish == _endof_storage)
{
int len = pos - _start;
int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish;
while (it > pos)
{
*it = *(it - 1);
--it;
}
*pos = val;
_finish++;
return pos + 1;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(!empty());
iterator it = pos;
while (it < _finish - 1)
{
*it = *(it + 1);
++it;
}
_finish--;
return pos;
}
void pop_back()
{
assert(!empty());
--_finish;
}
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
iterator begin()const
{
return _start;
}
iterator end()const
{
return _finish;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return *(_start + pos);
}
void print()const
{
ysj::vector<T>::const_iterator it = begin();
while (it != end())
{
std::cout << *it << " ";
++it;
}
std::cout << std::endl;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endof_storage = nullptr;
}
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _endof_storage;
};
}
使用memcpy拷贝问题
假设模拟实现的vector中的reserve接口中,使用memcpy进行的拷贝,以下代码会发生什么问题?
int main()
{
ysj::vector<string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}
问题分析:
- 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既高效又不会出错,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。
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。
对vector核心接口的测试
using namespace std;
void TestVector1()
{
ysj::vector<int> first;
ysj::vector<int> second(4, 100);
ysj::vector<int> third(second. begin(), second.end());
ysj::vector<int> fourth(third);
int myints[] = { 16, 2, 77, 29 };
ysj::vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
std::cout << "The contents of fifth are:";
for (ysj::vector<int>::iterator it = fifth. begin(); it != fifth.end(); ++it)
std::cout << *it << " ";
std::cout << endl;
ysj::vector<string> strV;
strV.push_back("1111");
strV.push_back("2222");
strV.push_back("3333");
strV.push_back("4444");
for (size_t i = 0; i < strV.size(); ++i)
{
cout << strV[i] << " ";
}
cout << endl;
}
void PrintVector(const ysj::vector<int>& v)
{
ysj::vector<int>::const_iterator it = v. begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
void TestVector2()
{
ysj::vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
PrintVector(v);
auto it = v. begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
PrintVector(v);
for (auto e : v)
cout << e << " ";
}
void TestVector3()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
ysj::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
auto pos = find(v. begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 30);
PrintVector(v);
pos = find(v. begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
PrintVector(v);
}
void TestVector4()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
ysj::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
auto pos = find(v. begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
cout << *pos << endl;
pos = find(v. begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 30);
cout << *pos << endl;
auto it = v. begin();
cout << "删除前:";
PrintVector(v);
it = v. begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
cout << "删除后:";
PrintVector(v);
}
int main()
{
TestVector4();
return 0;
}
|