8.STL中Vector容器的常见操作（附习题）

lvy¯ 2024-07-21 16:05:02 阅读 88

1.vector的介绍

2 vector的使用

2.1 vector的定义

2.2 vector iterator 的使用

2.3 vector 空间增长问题

2.3 vector 增删查改

2.4 vector 迭代器失效问题

2.5 vector 在OJ中的使用

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。使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习

Vector 向量 // 可以理解为 顺序表

2 vector的使用

vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

2.1 vector的定义

代码示例：

<code>void test3()

{

// constructors used in the same order as described above:

vector<int> first; // empty vector of ints

vector<int> second(4, 100); // four ints with value 100

vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through second

vector<int> fourth(third); // a copy of third

}

2.2 vector iterator 的使用

由图可见，iterator在STL中的用法都是相似的

自己类型的迭代器：

<code>void test1()

{

vector<int> v1{ 1,2,3,4 };

// 自己类型的迭代器

vector<int> v3(v1.begin(), v1.end());

for (auto e : v3)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

string str("hello world");

vector<char> v4(str.begin(), str.end());

for (auto e : v4)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

int a[] = { 16,2,77,29 };

vector<int> v5(a, a + 4);

for (auto e : v5)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

}

打印：

2.3 vector 空间增长问题

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。

代码示例:

<code>void test4()

{

// 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

vector<int> v;

size_t sz = v.capacity();

v.reserve(100);

cout << "making bar grow:\n";

for (int i = 0; i < 100; ++i)

{

v.push_back(i);

/*for (auto e : v)

cout << e << ' ';*/

cout << endl;

if (sz != v.capacity())

{

sz = v.capacity();

cout << "capacity changed: " << sz << '\n';

}

2.3 vector 增删查改

1.尾插：

与三种打印方式

<code>void test1()

{

vector<int> v;

v.push_back(1);

v.push_back(2);

v.push_back(3);

//1.语法糖

for (auto e : v)

{

cout << e << ' ';

}

cout << endl;

//2.迭代器

vector<int>::iterator it = v.begin();

while (it != v.end())

{

cout << *it << ' ';

it++;

}

cout << endl;

//3.i数组

for (int i = 0; i < v.size(); i++)

cout << v[i] << ' ';

cout << endl;

}

2.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

<code>void test5()

{

// 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

auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);

if (pos != v.end()) { // 如果找到了3

// 注意：insert返回指向新插入元素的迭代器

auto newPos = v.insert(pos, 30);//定义新位置

for (auto e : v)

cout << e << ' ';

cout << endl;

v.erase(newPos); // 移除新位置

}

for (auto m : v)

cout << m << ' ';

cout << endl;

}

如果不引入newpos,要使用原pos，需要重新定义，否则就会热重载

对于函数的调用：

要包含算法的头文件 <algorithm>

按升序排序：

<code>void test()

{

string str("hello world");

vector<char> v4(str.begin(), str.end());

for (auto e : v4)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

int a[] = { 16,2,77,29 };

vector<int> v5(a, a + 4);

for (auto e : v5)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl<<"升序：";

// 升序 <

// less

sort(v5.begin(), v5.end());

//sort(v5.rbegin(), v5.rend());

for (auto e : v5)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl<<"降序：";

// 降序 >

//greater<int> gt;

//sort(v5.begin(), v5.end(), gt);

sort(v5.begin(), v5.end(), greater<int>());

for (auto e : v5)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

//void(*func)();

sort(str.begin(), str.end());

cout << str << endl;

sort(a, a + 4);

for (auto e : a)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

}

注释：对于降序的实现

greater<int>()是一个函数对象，表示按照降序（从大到小）排序。将其放在sort最后来实现

2.4 vector 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* 。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)。

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

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。

<code>#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;

}

2. 指定位置元素的删除操作--erase

#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。

3. 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。

SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。

4. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

一些建议：

如果需要在迭代过程中修改 vector，可以先将需要修改的元素标记起来，迭代完成后再进行修改。插入迭代器可以在指定位置插入元素而不影响原有迭代器，删除迭代器可以删除指定位置的元素而不影响原有迭代器。使用循环遍历 vector 时，可以使用索引值而不是迭代器来访问元素，这样可以避免迭代器失效的问题。可以先将需要修改的元素拷贝到一个临时 vector 中进行操作，操作完成后再将临时 vector 的元素拷贝回原 vector。使用 C++11 中的新特性，如移动语义和智能指针，可以减少 vector 迭代器失效的问题。移动语义可以避免不必要的拷贝操作，智能指针可以帮助管理内存，减少内存泄漏的可能性。