【C++】vector

来杯茶_要绿的2023-10-21 1:07

vector基本介绍

  1. vector 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
    vector的构造
    无参构造
复制代码 
explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());

构造并初始化n个val

复制代码 
explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),
                 const allocator_type& alloc = allocator_type());

使用迭代器进行初始化构造

复制代码 
template <class InputIterator>
         vector (InputIterator first, InputIterator last,
                 const allocator_type& alloc = allocator_type());

拷贝构造

复制代码 
vector (const vector& x);

vector迭代器
begin + end
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
vector容量相关函数
size 获取数据个数

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size_type size() const;(由于size一般只涉及读的操作，因此只提供了const只读的函数)

capacity 获取容量大小

复制代码 
size_type capacity() const;

empty 判断是否为空

复制代码 
bool empty() const;

resize 改变vector 的size

复制代码 
void resize (size_type n, value_type val = value_type());(如果n小于size，则修改size到n，数据截断；如果n大于size，则修改size到n，如果提供了val，则多余的部分初始化为val，如果没有提供，则默认初始化为value_type()，如果此时的n大于capacity，还会扩容)

reserve 改变vector 的capacity

复制代码 
void reserve (size_type n);(如果n大于capacity则会扩容，其他条件capacity保持不变，且不会影响size)

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 。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 。
vector增删查改相关函数
push_back 尾插

复制代码 
void push_back (const value_type& val);

pop_back 尾删

复制代码 
void pop_back();

find 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector 的成员接口）

insert 在position 之前插入 val

(注意这里的insert的返回值是一个迭代器)
erase 删除position 位置的数据或者某段区间，这里的区间是左闭右开

swap 交换两个vector 的数据空间

复制代码 
void swap (vector& x);

operator[ ] 像数组一样访问(运算符重载)

vector模拟实现

结构上我们模仿库里面的实现方式，如上图成员变量是三个指针：begin、finish、end_of_storage


vector构造&拷贝构造&析构&赋值运算符重载

迭代器

reserve函数

其他函数的实现

完整代码

cpp 复制代码 
#include<iostream>
#include<assert.h>

namespace my_vector
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		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;
		}

		vector()
			:_start(nullptr)
			,_finish(nullptr)
			,_endofstorage(nullptr)
		{}

		vector(const vector<T>& v)
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			_start = new T[v.capacity()];

			//memcpy(_start, v._start, sizeof(T)*v.size());
			for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
			{
				_start[i] = v._start[i];//T是string这样的深拷贝的类，调用的是string赋值重载，实现string对象的深拷贝
			}

			_finish = _start + v.size();
			_endofstorage = _start + v.capacity();
		}

		vector(size_t n, const T& val = T())
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			resize(n, val);
		}
		vector(int n, const T& val = T())
			:_start(nullptr)
			, _finish(nullptr)
			, _endofstorage(nullptr)
		{
			resize(n, val);
		}

		template<class InputIterator>
		vector(InputIterator first, InputIterator last)
		{
			while (first != last)
			{
				push_back(*first);
				++first;
			}
		}

		void swap(vector<T>& v)
		{
			std::swap(_start, v._start);
			std::swap(_finish, v._finish);
			std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
		}

		vector<T&> operator=(vector<T> v)//传值传参，调用拷贝构造
		{
			swap(v);
			return *this;
		}

		~vector()
		{
			if (_start)
			{
				delete[] _start;
				_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
			}
		}

		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);//如果vector内存的是自定义类型，虽然vector的拷贝是深拷贝，但vector数组里对自定义类型的对象，memcpy只是浅拷贝
					                                      //因此delete[] _start会依次调用vector数组中每个对象的析构函数，再释放整个空间
					for (size_t i = 0; i < sz; i++)
					{
						tmp[i] = _start[i];//调用自定义类型的赋值操作(实现时是深拷贝)
					}
					delete[] _start;
				}
				_start = tmp;
				_finish = _start + sz;
				_endofstorage = _start + n;
			}
		}

		void push_back(const T& x)
		{
			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);
			}

			*_finish = x;
			++_finish;
		}

		size_t capacity() const
		{
			return _endofstorage - _start;
		}

		size_t size() const
		{
			return _finish - _start;
		}

		void operator[](size_t pos)
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}

		void operator[](size_t pos) const
		{
			assert(pos < size());
			return _start[pos];
		}

		iterator erease(iterator pos)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);

			iterator it = pos + 1;
			while (it != _finish)
			{
				*(it - 1) = *it;
				++it;
			}
			--_finish;
			return pos;
		}

		iterator insert(iterator pos, const T& x)
		{
			assert(pos >= _start && pos <= _finish);

			if (_finish == _endofstorage)
			{
				size_t len = pos - _start;
				size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
				reserve(newcapacity);

				pos = _start + len;//避免内部的迭代器失效(防止pos成为野指针，通过计算相对位置，重新确定pos位置)
			}
			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}

			*pos = x;
			++_finish;

			return pos;//返回新插入位置的指针，防止外部调用insert之后依然使用形参迭代器pos，可能导致迭代器失效
		}

		void resize(size_t n, const T& val = T())//缺省值给的是T的匿名对象
		{
			if (n < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);
				while (_finish != _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
		}

	private:
		iterator _start;
		iterator _finish;
		iterator _endofstorage;
	};

}
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