vector

[1 vector的介绍](#1 vector的介绍)
[2 vector的使用](#2 vector的使用)
- [2.1 vector的定义](#2.1 vector的定义)
- [2.2 vector iterator的使用](#2.2 vector iterator的使用)
- [2.3 vector空间](#2.3 vector空间)
- [2.4 vector增删查改](#2.4 vector增删查改)
- [2.5 迭代器失效问题](#2.5 迭代器失效问题)

1 vector的介绍

vector是C++标准模板库(STL)中最常用的序列容器之一，封装了动态数组，可以自动管理内存，提供随机访问、动态扩容等功能，可以把vector理解成一个数组。
基本特性
动态数组： 大小可变，插入/删除元素时自动调整容量
连续存储： 元素在内存中连续存放，支持高效的随机访问
类型安全： 模板类，存储特定类型的对象
内存自动管理： 自动分配和释放内存，避免手动new[]/delete[]

2 vector的使用

2.1 vector的定义

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#include <iostream>
#include <vector>

int main ()
{
  std::vector<int> first;                                // 空的int类型的vector
  std::vector<int> second (4,100);                       // 4个100的int类型的vector
  std::vector<int> third (second.begin(),second.end());  // 拷贝second的begin到end给third
  std::vector<int> fourth (third);                       // 拷贝third给fourth

  // 迭代器构造函数也可以用于从数组构造
  int myints[] = {16,2,77,29};
  std::vector<int> fifth (myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int) );

  std::cout << "fifth的内容是:";
  for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
    std::cout << ' ' << *it;
  std::cout << '\n';
  //输出的内容是 16 2 77 29

  return 0;
}

默认构造函数：创建一个空vector，无元素，容量为0

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std::vector<int> v1;        // 空 vector

指定大小构造：创建包含n个元素的vector，每个元素的值为默认初始化的值(对于int是0)

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std::vector<int> v2(5);     // 5 个元素，均为 0

指定大小和初始值构造：创建包含n个元素的vector，每个元素都初始化为value

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std::vector<int> v3(5, 10); // 5 个元素，均为 10

列表初始化：使用花括号直接列出元素值，也是最直观的方式

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std::vector<int> v4 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v5 {1, 2, 3, 4, 5};   // 等价

拷贝构造函数：用一个已有的vector构造新vector，深拷贝所有元素

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std::vector<int> v6(v4);                // v6 是 v4 的副本
std::vector<int> v7 = v4;               // 等价

范围构造函数：用一个容器或数组的迭代器区间[first，last)构造，元素类型需可转换

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std::vector<int> v8(v4.begin(), v4.end());      // 从 vector 拷贝
int arr[] = {10, 20, 30};
std::vector<int> v9(std::begin(arr), std::end(arr)); // 从数组拷贝

注意事项

圆括号和花括号的区别：
vector v(5, 10) → 5 个元素，值为 10。
vector v{5, 10} → 2 个元素，值为 5 和 10（列表初始化优先）
这是最容易被混淆的地方
范围构造要求：迭代器区间必须是合法的，且元素类型需能隐式转换为vector的元素类型

2.2 vector iterator的使用

begin和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和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

2.3 vector空间

size() 获取元素个数

返回当前vector中实际存储的元素个数

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std::vector<int> v = {1,2,3};
std::cout << v.size(); // 输出 3

capacity() 获取当前已分配内存能容纳的元素个数

返回在不重新分配内存的前提下，vector最多可以存储的元素个数

通常capacity() >= size()

cpp 复制代码

std::vector<int> v;
v.reserve(10);        // 容量至少为10
std::cout << v.capacity(); // 可能输出10
std::cout << v.size();     // 输出0

注意，capacity是内存容量，size是实际元素个数，插入元素使size超过capacity时，vector会自动扩容

empty() 判断是否为空

如果size() == 0 则返回true，否则返回false

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std::vector<int> v;
if (v.empty()) { /* 空时执行 */ }

resize() 改变size

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void resize(size_type new_size);
void resize(size_type new_size, const value_type& value);

将vector的元素个数改为new_size

如果new_size < 原size ，删除多余元素，从尾部删除

如果new_size > 原size ，在尾部添加新元素

如果没有第二个参数时，新元素为值初始化

提供value时，新元素均为value的拷贝

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std::vector<int> v = {1,2,3};
v.resize(5);            // 现在 v = {1,2,3,0,0}，若容量不足则扩容
v.resize(2);            // v = {1,2}，尾部元素被丢弃
v.resize(4, 100);       // v = {1,2,100,100}

reserve() 改变capacity

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void reserve(size_type new_cap);

请求将vector的容量至少增加至new_cap(预分配内存)

如果new_cap > 当前 capacity()，则重新分配内存使 capacity() >= new_cap

如果new_cap <= 当前 capacity()，什么也不做(不会减少容量)

cpp 复制代码

std::vector<int> v;
v.reserve(1000);            // 容量至少1000，size仍为0
for (int i = 0; i < 1000; ++i)
    v.push_back(i);         // 这1000次插入不会发生扩容

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
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 复制代码

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 << '\n';
		}
	}
}

2.4 vector增删查改

push_back() 在容器的末尾添加一个元素

当容量不足时，会重新分配内存

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void push_back(const T& value);
void push_back(T&& value);

pop_back() 删除容器末尾的一个元素

调用前需要确保vector非空，否则行为未定义

被删除元素的后置迭代器/引用会失效，end()也会失效

cpp 复制代码

void pop_back();

find() 在指定范围内查找第一个给定值的元素

返回指向第一个匹配元素的迭代器，若未找到，返回last

头文件 < algorithm >

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InputIt find(InputIt first, InputIt last, const T& value);

insert() 在指定位置之前插入一个或多个元素

返回指向第一个插入元素的迭代器，若插入个数为0，则返回pos

如果容量不足会重新分配内存，导致所有迭代器，引用，指针失效

如果没有重新分配，则插入位置之后的元素会向后移动，这些元素的迭代器会失效

cpp 复制代码

iterator insert(const_iterator pos, const T& value); // 插入一个副本
iterator insert(const_iterator pos, T&& value); // 插入一个移动副本
iterator insert(const_iterator pos, size_type count, const T& value); // 插入 count 个相同值
template <class InputIt> iterator insert(const_iterator pos, InputIt first, InputIt last);//插入一段区间

erase() 删除指定位置或指定区间内的元素

返回指向被删除元素之后下一个元素的迭代器，如果删除到末尾，则返回end()

删除位置之后的所有元素会向前移动，其迭代器，引用会失效

不会重新分配内存，容量不变

cpp 复制代码

iterator erase(const_iterator pos); // 删除单个元素
iterator erase(const_iterator first, const_iterator last); // 删除 [first, last) 区间

swap() 交换两个vector的内容

不会引发内存分配或者元素复制，只是交换内部指针

交换后，两个vector的迭代器，引用，指针会相互归属到对方容器

提供非成员swap()特化，用法：swap(v1, v2);

cpp 复制代码

void swap(vector& other);

operator[] 通过下标访问元素

不检查下标是否越界，越界会导致未定义行为，通常表现为内存访问错误

如果需要安全访问时，可以使用at() 成员函数

cpp 复制代码

reference operator[](size_type pos);
const_reference operator[](size_type pos) const;

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的迭代器就是原生指针T*。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应的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，造成的后果就是程序崩溃，也就是说如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能崩溃

会引起底层空间改变的操作，都有可能让迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back

cpp 复制代码

#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 复制代码

#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，理论上将迭代器不会失效，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

下面这段代码的效果是删除vector中的偶数

cpp 复制代码

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

//这一段代码调用erase之后，it已经失效，但是仍然对it进行++操作，会导致报错
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;
}

//这一段代码调用erase之后，通过erase的返回值重新覆盖了it，所以it没有失效，不会报错
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;
}

与vector 相似，string在插入+扩容之后，迭代器也会失效

cpp 复制代码

#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;
	    }
}