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1、vector的介绍
- 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（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
vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的并且会模拟实现。
2.1 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 |
代码实现：
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;//typedef愿意给别人用就放在public，不想就放在private
typedef const T* const_iterator;
vector()
{
}
vector(int n, const T& value = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(value);
}
}
template<class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
private:
iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始
iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾
iterator _endOfStorage = nullptr; // 指向存储容量的尾
};
2.2 vector迭代器的使用
在 vector 中迭代器底层也是原生指针。
| 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 |
模拟实现：
typedef T* iterator;//typedef愿意给别人用就放在public，不想就放在private
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
使用：
迭代器一般使用在遍历，我们来看一下。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
//我们这里使用push_back来插入数据
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
//迭代器方式遍历
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
return 0;
}
2.3 vector的空间增长问题
| 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的capacity |
reserve接口：
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。
void reserve(size_t n)//reserve只扩不缩
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();//这里必须先记下sz，_finish要是直接+size()会出问题
//_start指的是新空间，调用size()，size()内部会出问题
//因此先记下来后面用最合适
if (_start)
{
//memcpy是浅拷贝，会出问题
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < size(); i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endOfStorage = _start + n;
}
}
resize接口：
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
void resize(size_t n, const T& value = T())//匿名对象/临时对象具有常性，需要const修饰
{
if (n <= size())//缩容
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);//这里可以不用判断是否要扩容，reserve里面会判断
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = value;
++_finish;
}
}
}
其他几个接口比较简单，直接实现：
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endOfStorage - _start;
}
bool empty()
{
return _finish - _start == 0;
}
注意：
在扩容的时候有一个区别，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。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。
我们来测试一下：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
for (size_t i = 0; i < 100; i++)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed：" << sz << endl;
}
}
return 0;
}
3、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 | 查找 |
| 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 |
3.1 push_back（重点）
我们梳理尾插的思路：
1、先判断容量是否满了，如果满了先扩容。这里注意，尾插的时候是否为空，这里使用三木操作符进行判断一下，如果为空先扩4个空间，否则2倍扩法。
2、尾插，再++_finish。
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _endOfStorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
}
*_finish = x;
++_finish;
}
3.2 pop_back（重点）
在尾删的时候我们依然是先判断
这次我们需要判空，用断言assert(_finish - _start != 0)，再去尾删，让_finish–就好了，下一次尾插的时候直接覆盖。
void pop_back()
{
assert(_finish-_start != 0);
--_finish;
//erase(end() - 1);
}
3.3 operator[]（重点）
[]的重载就是返回pos位置上数据就可以，比较简单直接秒杀。
我们这里给两个接口，一个是只读的，一个是可以修改的。
T& operator[](size_t pos)//写
{
assert(pos < size());//判断位置是否合法
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const//读
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
3.4 insert
insert是在pos位置插入一个数据。
思路：
1、先判断pos位置是否合法；
2、判满，如果满了就需要扩容，在扩容的时候需要注意迭代器失效的问题；
3、因为插入数据就存在挪动数据，因此需要先挪动数据，我们 从后往前 依次后移一个位置的数据，挪到pos位置；
4、再去给pos位置插入数据，最后返回pos位置。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endOfStorage)
{
size_t len = pos - _start;//先记下_start到pos位置的距离，因为扩容后迭代器pos就会失效
reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + len;//新的空间需要更新迭代器pos
}
iterator end = _finish - 1;
//挪动数据
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
3.5 erase
erase是删除pos位置的数据。
思路：
1、判断pos位置是否合法；
2、挪动数据，从 pos位置到尾 依次向前挪动数据，直接用pos+1的数据覆盖掉pos位置的数据即可；
3、–_finish，返回pos位置即可。
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
//挪动数据
while (it < _endOfStorage)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
3.6 swap
我们vector的swap直接套用库函数的swap来实现就好了。
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
}
*** 本篇结束 ***