C++容器 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