一、vector的介绍及使用
1.1vector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。
1.2vector的使用
1.2.1vector的定义
(constructor)构造函数声明 | 接口说明 |
vector() | 无参构造 |
vector(size_type n, const value_type& val = value_type()) | 构造并初始化n个val值 |
vector (const vector& x) | 拷贝构造 |
vector (InputIterator first, InputIterator last) | 利用迭代器进行初始化构造 |
1.2.2vector的使用
iterator的使用 | 接口说明 |
begin+end | begin:获取第一个数据位置的iterator/const_iterator。 end:获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator。 |
rbegin+rend | rbegin:获取最后一个数据位置的reverse_iterator。 rend:获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator。 |
1.2.3vector空间增长
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的size |
reserve | 改变vector的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。
1.2.4vector的增删查改
vector增删查改 | 接口说明 |
push_back | 尾插 |
pop_back | 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[] | 像数组一样访问 |
1.2.5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)。
二、vector的模拟实现
#pragma once#include <iostream>
using namespace std;
#include <assert.h>// 注意这里namespace大家下去就不要取名为bit了,否则被面试官看到问bit是啥就尴尬了
namespace vec
{template<class T>class vector{public:// Vector的迭代器是一个原生指针typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;///// 构造和销毁vector(): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){}vector(size_t n, const T& value = T()): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){reserve(n);while (n--){push_back(value);}}/** 理论上将,提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后* vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了,但是对于:* vector<int> v(10, 5);* 编译器在编译时,认为T已经被实例化为int,而10和5编译器会默认其为int类型* 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法,* 最终选择的是:vector(InputIterator first, InputIterator last)* 因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致,因此编译器就会将InputIterator实例化为int* 但是10和5根本不是一个区间,编译时就报错了* 故需要增加该构造方法*/vector(int n, const T& value = T()): _start(new T[n]), _finish(_start+n), _endOfStorage(_finish){for (int i = 0; i < n; ++i){_start[i] = value;}}// 若使用iterator做迭代器,会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器// 重新声明迭代器,迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector<T>& v): _start(nullptr), _finish(nullptr), _endOfStorage(nullptr){reserve(v.capacity());iterator it = begin();const_iterator vit = v.cbegin();while (vit != v.cend()){*it++ = *vit++;}_finish = it;}vector<T>& operator=(vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){if (_start){delete[] _start;_start = _finish = _endOfStorage = nullptr;}}/// 迭代器相关iterator begin(){return _start;}iterator end(){return _finish;}const_iterator cbegin() const{return _start;}const_iterator cend() const{return _finish;}//// 容量相关size_t size() const { return _finish - _start; }size_t capacity() const { return _endOfStorage - _start; }bool empty() const { return _start == _finish; }void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t oldSize = size();// 1. 开辟新空间T* tmp = new T[n];// 2. 拷贝元素// 这里直接使用memcpy会有问题吗?同学们思考下//if (_start)// memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size);if (_start){for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)tmp[i] = _start[i];// 3. 释放旧空间delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + oldSize;_endOfStorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){// 1.如果n小于当前的size,则数据个数缩小到nif (n <= size()){_finish = _start + n;return;}// 2.空间不够则增容if (n > capacity())reserve(n);// 3.将size扩大到niterator it = _finish;_finish = _start + n;while (it != _finish){*it = value;++it;}}///// 元素访问T& operator[](size_t pos) { assert(pos < size());return _start[pos]; }const T& operator[](size_t pos)const { assert(pos < size());return _start[pos]; }T& front(){return *_start;}const T& front()const{return *_start;}T& back(){return *(_finish - 1);}const T& back()const{return *(_finish - 1);}/// vector的修改操作void push_back(const T& x) { insert(end(), x); }void pop_back() { erase(end() - 1); }void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos <= _finish);// 空间不够先进行增容if (_finish == _endOfStorage){//size_t size = size();size_t newCapacity = (0 == capacity()) ? 1 : capacity() * 2;reserve(newCapacity);// 如果发生了增容,需要重置pospos = _start + size();}iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}// 返回删除数据的下一个数据// 方便解决:一边遍历一边删除的迭代器失效问题iterator erase(iterator pos){// 挪动数据进行删除iterator begin = pos + 1;while (begin != _finish) {*(begin - 1) = *begin;++begin;}--_finish;return pos;}private:iterator _start; // 指向数据块的开始iterator _finish; // 指向有效数据的尾iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾};
}/// /
/// 对模拟实现的vector进行严格测试
void TestBitVector1()
{bit::vector<int> v1;bit::vector<int> v2(10, 5);int array[] = { 1,2,3,4,5 };bit::vector<int> v3(array, array+sizeof(array)/sizeof(array[0]));bit::vector<int> v4(v3);for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i){cout << v2[i] << " ";}cout << endl;auto it = v3.begin();while (it != v3.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v4){cout << e << " ";}cout << endl;
}void TestBitVector2()
{vec::vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);cout << v.size() << endl;cout << v.capacity() << endl;cout << v.front() << endl;cout << v.back() << endl;cout << v[0] << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.insert(v.begin(), 0);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;v.erase(v.begin() + 1);for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}