vector使用以及模拟实现
vector介绍
- 和我们原来讲的string不同，vector并不是类，是一个类模板，加<类型>实例化以后才是类。
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素，但是容量可以动态改变。
- 和其它容器相比，vector访问元素、尾插、尾删较高效，但不在尾部的插入和删除效率比较低，需要频繁插入和删除的话不建议使用vector。
vector常用接口
1.构造
| 函数声明 | 功能 |
|---|---|
| vector()（常用） | 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)（常用） | 拷贝构造 |
| vector (InputIterator first, InputIterator last) | 迭代器区间初始化 (模板，可以传入其它容器的迭代器区间) |
2.迭代器
| 函数声明 | 功能 |
|---|---|
| begin()加end() （常用） | 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()加rend() | 反向迭代器，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 |
3.容量
| 函数声明 | 功能 |
|---|---|
| size() （常用） | 获取数据个数 |
| capacity() | 获取容器容量 |
| empty() | 判断是否为空(size为0为空，返回true) |
| resize(size_type n, value_type val = value_type()) | 1.n>size()时从尾开始填充val直到容器满； 2.n>容量就先扩容再填充； 3.n<size()时缩小size()，保留前n个。 |
| reserve(size_t n = 0) | 预留空间，n大于容量时扩容，不然什么都不做 |
4.增删查改
| 函数声明 | 功能 |
|---|---|
| push_back (const value_type& val)（常用） | 尾插 |
| pop_back()（常用） | 尾删 |
| find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val) | 不是vector接口，是算法库里面的模板，传入一段迭代器区间，可以在该区间查找val |
| insert (iterator position, const value_type& val) | 在position前插入val |
| erase (iterator position) | 删除position位置的数据 |
| swap (vector& x) | 交换两个vector的数据空间 |
| operator[] (size_type n) | 像数组一样访问数据 |
5.练习
题目要求：
题解：
cpp
class Solution
{
public:
int singleNumber(vector<int>& nums)
{
//这个题需要异或这个位运算
//异或是相同为0，不同为1。
//所以两个相同的数异或会得到0
//0和任何数异或都得到这个数本身
//题目明确了只有一个数出现一次，其它都出现两次
//因此我们可以把所有数异或一次，出现两次的数字会抵消变成0
//最后出现一次的数字一定可以留下来
int end = 0;
vector<int>::iterator it = nums.begin();
//auto it = nums.begin();
while(it != nums.end())
{
end ^= *it;
it++;
}
//范围for同理
// for(auto ch : nums)
// end ^= ch;
return end;
}
};题目要求：
题解：
cpp
class Solution {
public:
int removeDuplicates(vector<int>& nums)
{
int sum = 1;
int slow = 1;
int fast = 1;
//快慢指针
while(fast < nums.size())
{
if(nums[fast] > nums[fast-1])
{
nums[slow++] = nums[fast++];
sum++;
}
else
{
fast++;
}
}
return sum;
}
};题目要求：
题解：
cpp
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows)
{
vector<vector<int>> vv;
//把size调整为numRows
vv.resize(numRows);
for(int i = 0; i < numRows; i++)
{
vv[i].resize(i+1,0);
//每一行最后一个和第一个初始为1
vv[i][0] = vv[i][vv[i].size()-1] = 1;
}
for(int i = 0; i < numRows; i++)
{
for(int j = 0; j < vv[i].size(); j++)
{
if(vv[i][j] == 0)
vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1];
}
}
return vv;
}
};vector模拟实现
1.迭代器失效
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，而vector迭代器的底层实际是一个指针 ，在对容器进行操作（例如插入、删除、修改等）后，之前获取的迭代器可能会变得无效。
可能会导致其迭代器失效的操作有：
- 会引起其底层空间改变的操作(扩容)，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、push_back等。
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#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;
}- 指定位置元素的删除操作--erase
cpp
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
//earse不会影响底层的空间（不进行扩容和缩容）
//但是也存在迭代器失效的问题
//下面这段代码用来删除v中的偶数
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
//把这个位置数据删除掉
v.erase(it);
}
it++;
}
//结果：程序崩溃
//原因：看图解，erase是会改变end()的
//解决方法：每次erase操作后都及时更新迭代器
//erase会返回被删除数据下一位置的迭代器
//auto it = v.begin();
//while (it != v.end())
//{
// if (*it % 2 == 0)
// {
// //把这个位置数据删除掉
// it = v.erase(it);
// }
// else
// {
// it++;
// }
//}
return 0;
}2.反向迭代器
vector的反向迭代器实现并不困难，只需要复用普通的迭代器，++操作变成调用普通迭代器的--，--调用++即可。
cpp
// 反向迭代器需要进行封装，其实就是复用普通迭代器，然后++和--操作反过来
//这里设计模板参数除了迭代器，还有Ref(引用)和Ptr(指针)
//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
//普通对象（可读可写）：Reverse_iterator<iterator，T&，T*>
//const对象（可读不可写）：Reverse_iterator<const_iterator，const T&，const T*>
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{
//给自己也重命名一下，方便用
typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
Iterator _it;
Reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_it--;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_it++;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return *_it;
}
//返回指针可以让自定义类型自行打印，访问成员
//->操作符，比较特殊，it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
Ptr operator->()
{
return _it;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _it == s._it;
}
};3.完整代码
采用三个迭代器(指针)来维护底层空间：
cpp
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
cpp
#pragma once
#include<iostream>
#include<assert.h>
//#include<vector>
using namespace std;
//和库里面的区分开
namespace MyVector
{
// 反向迭代器需要进行封装，其实就是复用普通迭代器，然后++和--操作反过来
//这里设计模板参数除了迭代器，还有Ref(引用)和Ptr(指针)
//这样设计是为了同时生成普通迭代器和const对象的迭代器
//普通对象（可读可写）：Reverse_iterator<iterator，T&，T*>
//const对象（可读不可写）：Reverse_iterator<const_iterator，const T&，const T*>
template<class Iterator, class Ref, class Ptr>
struct Reverse_iterator
{
//给自己也重命名一下，方便用
typedef Reverse_iterator<Iterator, Ref, Ptr> self;
Iterator _it;
Reverse_iterator(Iterator it)
:_it(it)
{}
self& operator++()
{
_it--;
return *this;
}
self operator++(int)
{
self tmp(*this);
_it--;
return tmp;
}
self& operator--()
{
_it++;
return *this;
}
self operator--(int)
{
self tmp(*this);
_it++;
return tmp;
}
Ref operator*()
{
return *_it;
}
//返回指针可以让自定义类型自行打印，访问成员
//->操作符，比较特殊，it->_num转换出来其实是it.operator->()->_num
Ptr operator->()
{
return _it;
}
bool operator!=(const self& s)
{
return _it != s._it;
}
bool operator==(const self& s)
{
return _it == s._it;
}
};
//vector类模板
template <typename T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
typedef Reverse_iterator<iterator, T&, T*> reverse_iterator;
typedef Reverse_iterator< const_iterator, const T&,const T*> reverse_const_iterator;
iterator begin()
{
//隐式类型转换
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin()const
{
return _start;
}
const_iterator end()const
{
return _finish;
}
reverse_iterator rbegin()
{
return _finish-1;
}
reverse_iterator rend()
{
return _start-1;
}
reverse_const_iterator rbegin()const
{
return _finish-1;
}
reverse_const_iterator rend()const
{
return _start-1;
}
//
/
//无参构造
vector()
{}
//函数模板，传入容器的一段迭代器区间
template <typename InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
//构造
vector(const vector<T>& v)
{
//提前开好空间
reverse(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reverse(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//重载给内置类型使用
//没有的话vector<int> v(5,0)会优先和vector(InputIterator first, InputIterator last)匹配
//对整形解引用会报错
vector(int n, const T& val = T())
{
reverse(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
//传值传参，拷贝一份，直接交换操作的空间即可
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
///
///
void reverse(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
//这里扩容空间会变化，先记录size
//这里扩容空间会变化，先记录size
//这里扩容空间会变化，先记录size
size_t sz = size();
T* tmp = new T[n];
//这里涉及到深浅拷贝
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
//先扩容
reverse(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
size_t capacity()const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size()const
{
return _finish - _start;
}
/// ///
void push_back(const T& x)
{
//复用即可
insert(end(), x);
}
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= _finish && pos >= _start);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t gap = pos - _start;
//初始扩容需要指定给
reverse(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
pos = _start + gap;
}
iterator end = _finish;
while (end > pos)
{
*end = *(end - 1);
end--;
}
*pos = x;
_finish++;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish&& pos >= _start);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
return pos;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};
}