本章我们步入vector的学习，有了上一章学习的基础，vector的学习将会轻松一些。
目录
（一）vector的介绍和使用
（1）vector的介绍
- 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
（2）vector的使用
这里我们还是查文档来详细了解vector如何使用，详细内容大家可以查阅下面文档。
首先，可以看到他的几个默认成员函数（我们会在模拟实现中详细讲解他们的结构并实现）
样例：
int TestVector1()
{
// 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，我们学习完迭代器再来看这部分
// 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;
} =========================================================================
其次，我们可以看到vector的迭代器操作函数，这也证实了我们上一章提到过的迭代器历遍适用于不同类型的容器，在使用时操作是一样的。
样例：
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;
}=========================================================================
这是容量相关的函数，我们重点掌握几个就可以。
ps：我们一般不会使用缩容，因为缩容代价成本比较高。
样例：
// 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，可以避免一遍插入一遍扩容
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';
}
}
} =========================================================================
这两项主要包含了一些增删查改的函数，重点注意下面几个：
样例：
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;
}
// 使用反向迭代器进行遍历再打印
// vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
auto rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
PrintVector(v);
}（3）vector使用时迭代器失效的问题
原因：
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自定义类型的
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
)
。
下面我们来详解几种典型的迭代器失效问题的情况：
1、改变了底层空间
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。
举个例子：
#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;
}详解：
这里在声明定义v后就立刻用it记录了begin所在的位置，但是下面开辟更多空间的操作会导致扩容，由于原来的it后面空间不够大，编译器会找到一块连续的足够大的空间重新拷贝然后开辟。但是，最后访问的还是原来it所在的位置，这块位置其实已经释放掉了，所以是非法访问会导致程序崩溃。
2、vector的erase(删除)操作
#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;
}详解:
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。
小试牛刀：
下面两段代码哪一个正确：
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：第二个。因为如果erase了，后面的元素会往前迁移，补上之后it的位置就是删除之前元素的下一个元素。
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可
(下面我们模拟实现时候会使用到！)
（二）模拟实现vector
大家可以参照我的gitee源代码一起理解哦----->>vector模拟实现
因为vector中存放的元素可能是不同类型，所以我们要使用到类模板：
通过上面vector的一些使用我们可以大致了解到vector的成员变量有：
start、finish指针各指向头尾，end_of_storage表示容量大小：
（1）迭代器的模拟实现
由于是一段连续空间，我们模拟实现迭代器使用指针便可以实现。
我们查看文档：
主要是实现begin(),end()来模拟迭代器。
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
有了这些接口后，我们便可以使用迭代器进行一些操作了。
（2）构造函数的的模拟实现
我们查看文档，构造函数有以下几种接口类型：
全缺省构造函数：
构造n个内容为val的构造函数：
这里注意要单独给出int类型的，不然编译器在接收数值时，给的参数默认是int，它可能会自动匹配迭代器版本的构造函数。
迭代器版本的构造函数：
拷贝构造函数：
注意：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。
图示：
不仅两个对象会相互作用影响，而且后面的析构函数会被调用两次，同一块空间析构两次会导致程序崩溃。
析构函数：
完整代码：
vector()
:
_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{}
vector(size_t n, const T& val = T())
:
_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//必须加一个int类型的，因为给的参数默认int，不然会自动匹配下面迭代器版本
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; ++i)
{
push_back(val);
}
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:
_start(nullptr),
_finish(nullptr),
_end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
_start = new T[v.capacity()];
//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());//错误，浅拷贝,因为_start指向同一块空间了
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
_start[i] = v._start[i];
}
_finish = _start + v.size();
_end_of_storage = _start + v.capacity();
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}（3）其他操作的实现
1、容量相关的成员函数
计算size、capacity大小的函数比较容易实现，因为指针相减就是计算之间有多少的空间，
判空函数也只要比较_start和_finish是否相等,所以代码如下：
size_t capacity()const
{
return _end_of_storage-_start;
}
size_t size()
{
return _finish - _start;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}重点是reserve和resize开辟空间的函数：
为了防止后面空间不够用的情况发生，我们先开辟一段符合大小的新的空间，然后把原来空间数据拷贝到新空间上，再释放新空间即可。
注意：resize如果n小于原有空间大小，则会缩容，所以要把_finish向前移。
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
if(_start)
{
memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*sz);
delete[]_start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start+n;
}
}
void resize(size_t n, T val = T())//T()相当于初始化，当T时int时就为0
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish != _end_of_storage)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}2、增删查改等操作的实现
重点是push_back,pop_back,insert,erase的实现
首先，push_back只需要先判断空间是否足够，然后数组最后加一个元素就可以；
pop_back把_finish的位置往前移一格就可以。
insert和erase的实现过程中要注意迭代器失效的问题：
insert：
实现代码：
iterator insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _end_of_storage)
{
size_t len = pos - _start;//防止扩容后找不到pos倒置迭代器失效
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
// 扩容后更新pos，解决pos失效的问题
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
end--;
}
*pos = val;
++_finish;
return pos;
}erase的实现时，pos不能指向被删除的元素，否则pos后面无法进行迭代器访问了，要把pos更新为被删除元素的下一个位置：
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos <= _finish);
assert(pos >= _start);
iterator start = pos + 1;
while (start != _finish)
{
*(start-1) = *(start);
++start;
}
--_finish;
return pos;
}最后，【】的使用会让随机访问便捷不少，实现也非常简单：
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}最您学业有成！！！