vector 介绍及其使用
1 vector 的介绍
- vector 是可变大小数组的序列化容器
- 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 的使用
2.1 vector 的构造函数
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v0;
vector<int> v1(10, 3);
vector<int> v2(v1);
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
return 0;
}
2.2 vector 的遍历
用 [] 遍历
vector<int> v0;
vector<int> v1(10, 3);
vector<int> v2(v1);
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
for (int i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i]<< " ";
}
cout << endl;
迭代器遍历
vector<int> v0;
vector<int> v1(10, 3);
vector<int> v2(v1);
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
范围 for 遍历,范围 for 的底层实现就是迭代器
vector<int> v0;
vector<int> v1(10, 3);
vector<int> v2(v1);
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
vector<int>::iterator it = v3.begin();
for (const auto& e : v3)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
2.3 vector 的空间增长问题
这里重点谈一下 resize 和 reserve
看下面的代码
#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';
}
}
return 0;
}
分别在 VS 和 g++ 下编译并运行可执行程序
VS下:
g++下:
- 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.
** 利用 reserve 提前开好空间 ,减小增容带来的开销**
#include <iostream>
#include <vector>
int main()
{
size_t sz;
std::vector<int> foo;
foo.reserve(123);
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';
}
}
return 0;
}
resize 的用法
#include <iostream>
#include <vector>
using std::cout;
using std::endl;
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 (const auto& e : myvector)
{
cout << e << ' ';
}
cout << '\n';
return 0;
}
resize 的功能就搜嘎了吧!
2.4 vector 的增删查改
push_back / pop_back 的用法
#include <iostream>
#include <vector>
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
int a[] = {
1, 2, 3, 4 };
std::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));//用迭代器来构造
std::vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
v.pop_back();
v.pop_back();
it = v.begin();//注意要重新赋值,要不迭代器会失效
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
find / insert / erase 的用法
#include <iostream>
#include <vector>
using std::cout;
using std::endl;
int main()
{
int a[] = {
1, 2, 3, 4,5,6,7 };
std::vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));//用迭代器来构造
// 使用 find 查找 3 所在位置的迭代器 iterator
std::vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (pos != v.end())
{
cout << "found!" << endl;
*pos = 23;
}
//在 pos 位置出插入30
v.insert(pos, 34);
std::vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
//删除34位置处的数据
cout << endl;
pos = find(v.begin(), v.end(), 34);
v.erase(pos);
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
3 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)。
- 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。 - 指定位置元素的删除操作–erase
void test01()
{
vector<int> myvec = {
1, 2, 3, 5 };
auto it = myvec.begin();
while (it != myvec.end())
{
if ((*it & 1) == 0)//判断是否为偶数
{
myvec.erase(it);
}
++it;
}
}
void test02()
{
vector<int> myvec = {
1, 2, 3, 5 };
auto it = myvec.begin();
while (it != myvec.end())
{
if ((*it & 1) == 0)//判断是否为偶数
{
it = myvec.erase(it);
}
else
{
++it;
}
}
}
调用 test01
调用 test02
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。
解决方法
迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可。
在之后文章里将探讨vector的底层实现,窥探 STL 的精妙之处