vector的介绍及其使用
vector的介绍及其使用
1 vector 的介绍
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vector 是可变大小数组的序列化容器
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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。
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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。
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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。
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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。
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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 的使用
2.1 vector 的构造函数
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void test_vector1()
{
vector<int> v1; //vector的无参构造
//vector<int> v1();//注意区别：vector<int> v1(); 是一个函数声明，而非创建 std::vector<int> 类型的对象
vector<int> v2(10, 3);
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
string str("hello world");
vector<int> v4(str.begin(), str.end());
//遍历方式一：下标遍历
for (size_t i = 0;i < v3.size();i++)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
//遍历方式二： 迭代器
vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
//遍历方式三： 范围for
for (auto e : v4)
{
cout << e << " ";
}
}
int main()
{
test_vector1();
}
2.2 vector的遍历
2.2.1 下标遍历法
使用方法就像遍历C语言中的数组一样
//遍历方式一：下标遍历
for (size_t i = 0;i < v3.size();i++)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
2.2.2 迭代器（vector iterator）遍历法
//遍历方式二： 迭代器
vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
2.2.3 范围for遍历法
范围for在底层上是和迭代器遍历相同的
//遍历方式三： 范围for
for (auto e : v4)
{
cout << e << " ";
}
上述三种遍历方法所得到的结果：
2.3 vector 的空间增长问题
先看一下下面几个函数的使用说明
| 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 |
这里重点谈一下 resize 和 reserve
请看下面的代码
void test_vector2()
{
size_t sz;
vector<int> v;
//v.reserve(50);
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";
}
}
}
int main()
{
test_vector2();
}
运行之后结果为：
vs:
g++:
- capacity 的代码在 vs 和 g++ 分别运行会发现，vs 下的 cpacity 是按照 1.5 倍增长的，g++是按2倍增长的。
- reserve 只负责开辟空间，如果知道需要用多少空间，reserve 可以缓解 vector 增容的代价问题。在下面的代码会有所体现。
- resize 在开辟空间的同时还会进行初始化，改变size.
下面用代码展现一下两者的区别
reserve：
void test_vector3()
{
vector<int> v1;
cout << v1.max_size() << endl;
vector<int> v;
v.reserve(100); //capacity=100 and size=0
//v.resize(100); //capacity=100 and size=100
for (size_t i = 0; i < v.size();i++)
{
v[i] = i;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
int main()
{
test_vector3();
}
打印结果：
resize:
void test_vector3()
{
vector<int> v1;
cout << v1.max_size() << endl;
vector<int> v;
//v.reserve(100); //capacity=100 and size=0
v.resize(100); //capacity=100 and size=100
for (size_t i = 0; i < v.size();i++)
{
v[i] = i;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
int main()
{
test_vector3();
}
打印结果为：
使用reserve的时候因为只开了空间capacity而没有size,因此size()==0, 故不会有打印结果
使用resize的时候，capacity以及size都会被赋予用户指定的值
因此capacity=size=100，故有打印结果
2.4 vector的增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
| push_back（重点） | 尾插 |
| pop_back（重点） | 尾删 |
| find | 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[] （重点）） | 像数组一样访问 |
insert/erase/find的用法
void test_vector4()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.insert(v.begin(), 0);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);//寻找3
if (it != v.end())
{
v.insert(it, 30);//在寻找数据的前面插入3
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
it = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (it != v.end())
{
v.erase(it); //删除寻找目标
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
//这里的 v 是一个 std::vector 类型的对象，
// 例如 std::vector<int> v; 定义的 v。调用该函数后，
// v 中的所有元素都会被移除 即size=0 but capacity不变
v.clear();
cout << v.size() << endl;
cout << v.capacity() << endl;
}
int main()
{
test_vector4();
}
2.5 vector的迭代器失效问题
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等。
void test_vector5()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
auto it = v.begin();
//将元素个数增加到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，但不改变有效的元素个数，操作期间可能会引起底层容量的改变
//v.reserve(100);
//插入元素期间啊，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，可能引起底层容量改变
v.assign(100, 8);
//出错原因：以上操作都有可能导致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还是用的是释放之前的旧空间，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
//it = v.begin();//要想程序正确，需要打开这段代码的注释
//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，只需要给it重新赋值即可
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
it++;
}
}
int main()
{
test_vector5();
}
如果我们运行上述代码，会发现：
2. 指定位置元素的删除操作–erase
void test_vector6()
{
int a[] = { 1,2,3,4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
//使用find查找3所在的位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
//int e = *pos;
//删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效
v.erase(pos);
cout << *pos << endl;
}
int main()
{
test_vector6();
}
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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？
#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;
}
int main()
{
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;
}
答案是第一段代码错误，第二段代码正确，还是上述迭代器失效的问题
而正确的结局方法如代码二所示：
即在使用前，对迭代器重新赋值