C++ STL库详解:vector

发布时间:2024年01月19日

目录

一、vector简介

二、vector功能用法详解

2.1常用接口

2.2iterator迭代器的使用

2.3vector的构造

2.4vector常用函数

2.5vector的增删查改

三、迭代器失效


一、vector简介

1. vector是表示可变大小数组的序列容器
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 与其它动态序列容器相比(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。对于其它不在末尾的删除和插入操作,效率更低。比起list和forward_list 统一的迭代器和引用更好 。( 需要频繁插入和删除的话vector效率过低)。

二、vector功能用法详解

2.1常用接口

vector接口
(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 val
vector (const vector& x); (重点)
使用迭代器进行初始化构造

2.2iterator迭代器的使用

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

void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

void TestVector2()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}


2.3vector的构造

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>


//    vector的构造

int ConstructVector1()
{
    // constructors used in the same order as described above:
    vector<int> first;                                // empty vector of ints
    vector<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100
    vector<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through second
    vector<int> fourth(third);                       // a copy of third

    // 下面涉及迭代器初始化的部分
    // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
    int myints[] = { 16,2,77,29 };
    vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    cout << "The contents of fifth are:";
    for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
        cout << ' ' << *it;
    cout << '\n';

    return 0;
}

2.4vector常用函数

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 size
reserve
改变 vector 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,vector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。
// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
 size_t sz;
 vector<int> v;
 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';
 }
 }
}
vs:运行结果:vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
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:linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
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
//  vector的resize 和 reserve
// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个,如果时增多时,增多的元素使用data进行填充
// 注意:resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{
	vector<int> v;

	// set some initial content:
	for (int i = 1; i < 10; i++)
		v.push_back(i);

	v.resize(5);
	v.resize(8, 100);
	v.resize(12);

	cout << "v contains:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		cout << ' ' << v[i];
	cout << '\n';
}
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数,可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void TestVectorExpandOP()
{
 vector<int> v;
 size_t sz = v.capacity();
 v.reserve(100); 
// 提前将容量设置好,可以避免一边插入一边扩容
 cout << "making bar 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';
 }
 }
}

2.5vector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
查找。(注意这个是算法模块实现,不是 vector 的成员接口)
insert
position 之前插入 val
erase
删除 position 位置的数据
operator[ ] (重点)
像数组一样访问
swap
交换两个 vector 的数据空间
//  vector的增删改查
// 尾插和尾删:push_back/pop_back
void TestVector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

// 任意位置插入:insert和erase,以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法,是STL提供的算法
void TestVector5()
{
	// 使用列表方式初始化,C++11新语法
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };

	// 在指定位置前插入值为val的元素,比如:3之前插入30,如果没有则不插入
	// 1. 先使用find查找3所在位置
	// 注意:vector没有提供find方法,如果要查找只能使用STL提供的全局find
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		// 2. 在pos位置之前插入30
		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);
	// 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

三、迭代器失效

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:
1. 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。
#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);
 
 /*
 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。
 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,只需给it重新
赋值即可。
 */
 while(it != v.end())
 {
 cout<< *it << " " ;
 ++it;
 }
 cout<<endl;
 return 0;
}
2. 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));
 // 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。

文章来源:https://blog.csdn.net/2201_75880188/article/details/135620932
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