C++ vector - 技术栈

[1 · vector的基本概念](#1 · vector的基本概念)

[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中的迭代器](#2 - 2 · vector中的迭代器)

[2 - 3 · vector的空间](#2 - 3 · vector的空间)

[2 - 4 · vector的增删查改](#2 - 4 · vector的增删查改)

[2 - 5 · 迭代器失效问题](#2 - 5 · 迭代器失效问题)

[3 · typename的作用](#3 · typename的作用)

[4 · vector的模拟实现](#4 · vector的模拟实现)

[4 - 1 · vector.h](#4 - 1 · vector.h)

1 · vector的基本概念

vector 是 C++ 标准模板库（STL）中的动态数组容器，提供动态大小调整的能力。与普通数组不同，vector 在运行时可以自动扩展或收缩，无需手动管理内存。vector其实就是一个顺序表。

2 · vector的使用

2 - 1 · vector的定义

|------------------------------------------------------------|-------------|
| 构造函数 | 接口功能 |
| vector() | 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) | 拷贝构造 |
| vector (InputIterator first, InputIterator last) | 使用迭代器区间进行构造 |

vector是一个标准的模板，第一个模板参数是需要存储的类型，第二个模板参数是空间配置器，第二个参数目前可以暂时不用管。使用一下：

cpp 复制代码

void vector_test1()
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2(5, 1);
	vector<int> v3(v2);
	vector<int> v4(v2.begin(), v2.end());

	for (int i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		cout << v2[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int>::iterator it = v3.begin();
	while (it != v3.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	for (auto e : v4)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

运行一下：

2 - 2 · vector中的迭代器

|---------------|----------------------------------------------------------------------------------------|
| iterator | 功能 |
| begin + end | 获取容器第一个数据位置的迭代器(iterator / const_iterator)和最后一个数据的后一个位置的迭代器(iterator / const_iterator) |
| rbegin + rend | 获取容器最后一个数据位置的迭代器(reverse_iterator)和第一个数据的前一个位置的迭代器(reverse_iterator) |

2 - 3 · vector的空间

|----------|------------------|
| 接口 | 功能 |
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取总容量大小 |
| empty | 判空 |
| resize | 修改数据个数 |
| reserve | 预留空间(修改capacity) |

注意：

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。所以不要固化的认为，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。
使用reserve预留的空间n，需要大于当前的容量 ，然后使容量增加到n(或更大) ，在其他情况(即n 小于原 capacity)，并不会做出操作 。(这里和string是不同的，string当中的reserve是可能会缩容的，看编译器)
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
resize有三种情况：1.resize给的n 小于当前的size ，此时会删除数据 ，只保留前n个 数据；2.resize给的n大于当前size，但不大于capacity ，此时会插入数据 ，如果给了val就用val插入，没给的话就使用默认值;3**.resize给的n 大于capacity** ，此时不仅会插入元素，还会扩容。

2 - 4 · vector的增删查改

|--------------|-----------------|
| 接口 | 功能 |
| push_back | 尾插 |
| pop_back | 尾删 |
| insert | 在pos位置前插入一个val |
| erase | 删除pos位置的数据 |
| swap | 交换两个vector的数据空间 |
| operator\[\] | 像数组一样访问 |

vector并没有提供find这个接口，可以使用算法库当中的find。

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*。
迭代器失效有两种情况，1. 常发生在扩容的时候，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)。
2. 常发生在没有扩容的时候，由于数据的挪动，迭代器指向的位置的意义发生改变，此时也认为迭代器失效。

对于vector，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，都有可能使迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、
assign、push_back等。
以上操作，都有可能会导致vector扩容 ，也就是说vector旧空间被释放掉 ，而在使用时，迭代器还使用的是释放之间的旧空间，在对迭代器操作时，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，只需给迭代器重新赋值即可。
erase

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。在vs中的检查是比较严格的，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，而vs的处理也比较极端，直接会崩溃。

与vector类似，string 在插入，扩容，删除操作后，迭代器也会失效。

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

3 · typename的作用

对vector的模拟实现就要往模板去写了，但是同时使用时也会产生一些问题，比如下面，想用全局函数实现对vector的打印：

cpp 复制代码

template<class T>
void vector_print(const vector<T>& v)
{
	vector<T>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << endl;
		++it;
	}
	cout << endl;
}

这样写是会报错的，对于 vector<T>::const_iterator it = v.begin(); 这一个语句，通过域作用限定符，编译器去里面取东西，可能取到一个类型，也可能取到静态成员变量，但是这里由于类型是不确定的，所以vector并没有实例化，编译器不敢去类里面取东西，所以此时编译器不知道是什么，因此报错。这里就需要在前面加上 typename

cpp 复制代码

typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();

用 typename 就是告诉编译器这里是一个类型，就不会报错了。也有一个更简单的方式，用auto。

4 · vector的模拟实现

往模板去写的话，就不能声明和定义分离到两个文件去了，会报连接错误。

4 - 1 · vector.h

cpp 复制代码

#pragma once
#include <iostream>
#include <assert.h>
using namespace std;

namespace naobeng
{
	template<class T>
	class vector
	{
	public:
		typedef T* iterator;
		typedef const T* const_iterator;

		vector()
		{}

		vector(size_t n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);

			for (size_t i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

		//对int的vector的n个val的初始化，防止匹配到迭代器区间构造去
		vector(int n, const T& val = T())
		{
			reserve(n);

			for (int i = 0; i < n; i++)
			{
				push_back(val);
			}
		}

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

		vector(const vector<T>& v)
		{
			reserve(v.size());

			for (auto& e : v)
			{
				push_back(e);
			}
		}

		void clear()
		{
			_finish = _start;
		}

		//传统写法
		vector<T>& operator=(const vector<T>& v)
		{
			if (this != &v)
			{
				clear();

				reserve(v.size());
				for (auto& e : v)
				{
					push_back(e);
				}
			}

			return *this;
		}

		void swap(vector<T> tmp)
		{
			std::swap(_start, tmp._start);
			std::swap(_finish, tmp._finish);
			std::swap(_end_of_storage, tmp._end_of_storage);
		}

		//现代写法
		/*vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
		{
			swap(tmp);

			return *this;
		}*/

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

		iterator begin()
		{
			return _start;
		}

		iterator end()
		{
			return _finish;
		}

		const_iterator begin() const
		{
			return _start;
		}

		const_iterator end() const
		{
			return _finish;
		}

		void reserve(size_t n)
		{
			size_t oldsize = size();
			T* tmp = new T[n];
			//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());//memcpy是浅拷贝
			for (size_t i = 0; i < oldsize; i++)
			{
				tmp[i] = _start[i];
			}
			delete[] _start;

			_start = tmp;
			_finish = tmp + oldsize;
			_end_of_storage = tmp + n;
		}

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

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

		void resize(size_t n, T val = T())
		{
			assert(n >= 0);

			if (n < size())
			{
				_finish = _start + n;
			}
			else
			{
				reserve(n);

				while (_finish < _start + n)
				{
					*_finish = val;
					++_finish;
				}
			}
		}

		bool empty()
		{
			return _start == _finish;
		}

		T& operator[](size_t i)
		{
			return _start[i];
		}

		const T& operator[](size_t i) const
		{
			assert(i < size());

			return _start[i];
		}

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

		void pop_back()
		{
			assert(!empty());

			--_finish;
		}

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

			if (_finish == _end_of_storage)
			{
				//记录相对位置，解决迭代器失效问题
				size_t len = pos - _start;
				reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity());
				pos = _start + len;
			}

			iterator end = _finish - 1;
			while (end >= pos)
			{
				*(end + 1) = *end;
				--end;
			}
			*pos = x;
			++_finish;

			return pos;
		}

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

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

			return pos;
		}

	private:
		iterator _start = nullptr;
		iterator _finish = nullptr;
		iterator _end_of_storage = nullptr;
	};
}

以上内容如有错误或不准确之处，欢迎指出，或者你有更好的想法，也欢迎交流。