1.vector的介绍及其使用
1.1 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。
1.2 vector的使用
vector的使用我们只需要掌握常用的即可，其他不多见的可以查文档即可！
1.2.1 vector的定义
vector的一些构造函数！！！
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
cpp
void TestVector1()
{
vector<int> first;
vector<int> second(4, 100);
vector<int> third(second.begin(), second.end());
vector<int> fourth(third);
int myints[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
cout << "The contents of fifth are:";
for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); it++)
{
cout << " " << *it;
}
cout << endl;
}1.2.2 vector iterator 的使用
begin + end（重点）begin获取第一个数据位置的iterator/const_iterator（本质是地址）， end获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator（本质是地址）。
rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator（地址），获取第一个数据前一个位置的
reverse_iterator（地址）。
cpp
void TestVector2()
{
//使用push_back插入4个数据
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//使用迭代器进行遍历打印
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//使用迭代器进行修改
it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
//使用反向迭代器进行遍历打印
//vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
auto rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
}1.2.3 vector 空间增长问题
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
- 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。
cpp
// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果是增多时，增多的元素使用data进行填充(默认为0)
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{
vector<int> v;
//初始化
for (int i = 1; i < 10; i++)
{
v.push_back(i);
}
v.resize(5);
v.resize(8, 100);
v.resize(12);
cout << "v contains:";
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << " " << v[i];
}
cout << endl;
}
cpp
// 测试vector的默认扩容机制
// vs：按照1.5倍方式扩容
// linux：按照2倍方式扩容
void TestVectorExpand()
{
size_t sz;
vector<int> v;
sz = v.capacity();
cout << "making v grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed:" << sz << endl;
}
}
}
// 往vecotr中插入元素时，如果大概已经知道要存放多少个元素
// 可以通过reserve方法提前将容量设置好，避免边插入边扩容效率低
void TestVectorExpandOP()
{
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
cout << "making v grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed:" << sz << endl;
}
}
}1.2.4 vector 增删查改
push_back（重点） 尾插
pop_back （重点） 尾删
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
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
cpp
// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector5()
{
// 使用列表方式初始化，C++11新语法
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入
// 1. 先使用find查找3所在位置
// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局find
auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (pos != v.end())
{
// 2. 在pos位置之前插入30
v.insert(pos, 30);
}
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据
v.erase(pos);
it = v.begin();
while (it != v.end()) {
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}1.2.5 vector 迭代器失效问题。（重点）
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)。
- 1.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。
cpp
#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底层原理旧空间被释放掉，
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
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}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，那么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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问哪个代码是正确的，为什么？
cpp
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
return 0;
}
int main()
{
vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
auto it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);
else
++it;
}
return 0;
}
-
- 注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
cpp
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5};
for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
cout << v[i] << " ";
cout << endl;
auto it = v.begin();
cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
v.reserve(100);
cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会 // 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
while(it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
程序输出：
1 2 3 4 5
扩容之前，vector的容量为: 5
扩容之后，vector的容量为: 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5};
vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(it);
cout << *it << endl;
while(it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
return 0;
}
程序可以正常运行，并打印：
4
4 5
// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5};
// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
while(it != v.end())
{
if(*it % 2 == 0)
v.erase(it);
++it;
}
for(auto e : v)
cout << e << " ";
cout << endl;
return 0;
}-
- 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
cpp
#include <string>
void TestString()
{
string s("hello");
auto it = s.begin();
// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
//s.resize(20, '!');
while (it != s.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl;
it = s.begin();
while (it != s.end())
{
it = s.erase(it);
// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
// it位置的迭代器就失效了
// s.erase(it);
++it;
}
}迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
1.2.5 vector 在OJ中的使用。
cpp
class Solution {
public:
int singleNumber(vector<int>& nums) {
int val = 0;
for(auto e : nums)
val ^= e;
return val;
}
};
cpp
class Solution {
public:
vector<vector<int>> generate(int numRows) {
vector<vector<int>> vv(numRows);
for(int i = 0; i < numRows; ++i)
{
vv[i].resize(i+1, 1);
}
for(int i = 2; i < numRows; ++i)
{
for(int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1];
}
}
return vv;
}
};
cpp
class Solution {
public:
int removeDuplicates(vector<int>& nums) {
std::vector<int>::iterator it = unique(nums.begin(), nums.end());
nums.resize(std::distance(nums.begin(), it));
return nums.size();
}
};
cpp
class Solution {
public:
int singleNumber(vector<int>& nums) {
int res = 0;
for(int i = 0; i < 32; i++)
{
int total = 0;
for(auto e : nums)
{
total += (e >> i) & 1;
}
if(total % 3 != 0)
{
res |= 1 << i;
}
}
return res;
}
};
cpp
class Solution {
public:
vector<int> singleNumber(vector<int>& nums) {
int sum = 0;
int res1 = 0;
int res2 = 0;
for(int i = 0; i < nums.size(); i++)
{
sum ^= nums[i];
}
int index = 1;
while((index & sum) == 0){ index <<= 1;}
for(int e : nums)
{
if(e & index) res1 ^= e;
else res2 ^= e;
}
return {res1, res2};
}
};
cpp
class Solution {
public:
/**
* 代码中的类名、方法名、参数名已经指定，请勿修改，直接返回方法规定的值即可
*
*
* @param numbers int整型vector
* @return int整型
*/
int MoreThanHalfNum_Solution(vector<int>& nums) {
// write code here
sort(nums.begin(), nums.end());
return nums[(nums.size() - 1)/2];
}
};
cpp
class Solution {
vector<string> ret;
string path;
vector<string> board={"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"};
void dfs(int pos, string d)
{
if(d.size() == path.size())
{
ret.push_back(path);
return;
}
string letters = board[d[pos] - '0'];
for(auto letter : letters)
{
path.push_back(letter);
dfs(pos + 1, d);
path.pop_back();
}
}
public:
vector<string> letterCombinations(string digits) {
if(digits.empty())
return ret;
dfs(0, digits);
return ret;
}
};2.vector的深度剖析及模拟实现
2.1 std::vector的核心框架接口的模拟实现bit::vector
cpp
#pragma once
#include<assert.h>
namespace bit
{
template<class T>
class vector
{
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
{}
//v2(v1)
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
{
push_back(e);
}
}
//vector<int> v1 = {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
//单参数的构造函数可以进行隐式类型转换
vector(initializer_list<T> il)
{
reserve(il.size());
for (auto& e : il)
{
push_back(e);
}
}
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
first++;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
//多写一个构造是为了防止当传入两个int类型时会自动识别到第一个vector构造
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
bool empty()
{
return _start == _finish;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
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;
}
//memcpy会导致string浅拷贝
size_t reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t old_size = size();
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());
//这里当是string时会调用string的赋值，解决了浅拷贝问题
for (size_t i = 0; i < old_size; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = tmp + old_size;
_endofstorage = tmp + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n > size())
{
//插入
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
_finish++;
}
}
else
{
//删除
_finish = _start + n;
}
}
void push_back(const T& val)
{
/*if (_finish == _endofstorage)
{
reverse(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = val;
_finish++;*/
insert(end(), val);
}
void pop_back()
{
/*assert(!empty());
_finish--;*/
erase(end() - 1);
}
void insert(iterator pos, const T& val)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = _finish - _start;
reverse(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator it = _finish - 1;
while (pos <= it)
{
*(it + 1) = *it;
it--;
}
*pos = val;
_finish++;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = _finish - 1;
while (it < pos)
{
*(it - 1) = *it;
it++;
}
_finish--;
return pos;
}
private:
iterator _start = nullptr; //指向数据块的开始
iterator _finish = nullptr;//指向数据块的尾
iterator _endofstorage = nullptr;//指向存储容量的尾
};
}2.2 使用memcpy拷贝问题
假设模拟实现的vector中的reserve接口中，使用memcpy进行的拷贝，以下代码会发生什么问题？
cpp
int main()
{
bite::vector<bite::string> v;
v.push_back("1111");
v.push_back("2222");
v.push_back("3333");
return 0;
}问题分析：
-
memcpy是内存的二进制格式拷贝，将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中。
-
如果拷贝的是内置类型的元素 ，memcpy既高效又不会出错 ，但如果拷贝的是自定义类型元素， 并且自定义类型元素中涉及到资源管理时，就会出错 ，因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
2.3 动态二维数组理解
cpp
// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5
void test2vector(size_t n)
{
// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>
bit::vector<bit::vector<int>> vv(n);
// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1
for (size_t i = 0; i < n; ++i)
vv[i].resize(i + 1, 1);
// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值
for (int i = 2; i < n; ++i)
{
for (int j = 1; j < i; ++j)
{
vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];
}
}
}