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一、vector介绍

二、标准库中的vector

2.1vector常见的构造函数

2.1.1无参构造函数

2.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）

2.1.3有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造） 

2.2 vector iterator 的使用

 2.2.1 begin()函数 + end()函数

2.3 vector对象的容量操作

2.3.1 size()函数 

2.3.2 capacity()函数 

2.3.3 empty()函数 

2.3.4 resize()函数

2.3.5 reserve()函数 

2.4 vector空间增长问题 

2.5 vector对象的增删查改及访问

2.5.1 operator[]

2.5.2 push_back()函数

2.5.3 find()函数

 2.5.4 insert()函数

2.5.6 erase()函数 

 2.5.7 swap()函数

2.1.4.8 front()函数 + back()函数 

 2.6 vector迭代器失效问题

三、vector 深度剖析及模拟实现

结尾

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一、vector介绍

vector的文档介绍

 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。

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二、标准库中的vector

2.1vector常见的构造函数

2.1.1无参构造函数

<code>#include<vector>

int main()

{

vector<int> v;

return 0;

}

2.1.2 有参构造函数（构造并初始化n个val）

<code>vector (size_type n, const value_type& val = value_type())

2.1.3有参构造函数（使用迭代器进行初始化构造） 

<code>template <class InputIterator>

vector (InputIterator first, InputIterator last);

2.1.4 拷贝构造函数 

<code>vector (const vector& x);

---

2.2 vector iterator 的使用

 2.2.1 begin()函数 + end()函数

<code>int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(5);

v.push_back(2);

v.push_back(0);

v.push_back(1);

v.push_back(3);

v.push_back(1);

v.push_back(4);

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

while (it != v.end())

{

cout << *it << ' ';

++it;

}

cout << endl;

return 0;

}

 2.2.2 rbegin()函数 + rend()函数

<code>int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(5);

v.push_back(2);

v.push_back(0);

v.push_back(1);

v.push_back(3);

v.push_back(1);

v.push_back(4);

vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();

while (it != v.rend())

{

cout << *it << ' ';

++it;

}

cout << endl;

return 0;

}

---

2.3 vector对象的容量操作

2.3.1 size()函数 

<code>int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(5);

v.push_back(2);

v.push_back(0);

v.push_back(1);

v.push_back(3);

v.push_back(1);

v.push_back(4);

cout << v.size() << endl;

return 0;

}

2.3.2 capacity()函数 

<code>int main()

{

vector<int> v;

cout << "初始：" << v.capacity() << endl;

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

{

v.push_back(i);

if (v.size() == v.capacity())

{

cout << "扩容：" << v.capacity() << endl;

}

}

return 0;

}

2.3.3 empty()函数 

<code>bool empty() const;判断是否为空

int main()

{

vector<int> v;

cout << v.empty() << endl;

v.push_back(1);

cout << v.empty() << endl;

return 0;

}

2.3.4resize()函数

void resize (size_type n, value_type val = value_type());

是将字符串中有效字符个数改变到n个，

如果 n 小于当前容器的大小，

则容器会被截断为仅包含前 n 个元素；

如果 n 大于当前容器的大小，

则容器会被扩展到包含 n 个元素，并使用 val 值填充新添加的元素。

注意：resize在改变元素个数时，如果是将元素个数增多，

可能会改变底层容量的大小，如果是将元素个数减少，底层空间总大小不变。

int main()

{

vector<int> v(10, 5);

cout << "初始 size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;

v.resize(5, 1);

cout << "初始 size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;

v.resize(30, 10);

cout << "初始 size:" << v.size() << " capacity: " << v.capacity() << endl;

return 0;

}

2.3.5 reserve()函数 

<code>void reserve (size_type n);

改变vector的capacity

int main()

{

vector<int> v;

cout << "初始:" << v.capacity() << endl;

v.reserve(100);

cout << "扩容:" << v.capacity() << endl;

return 0;

}

---

2.4 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。 

<code>// 测试vector的默认扩容机制

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';

}

}

}

vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容

making foo grow :

capacity changed : 1

capacity changed : 2

capacity changed : 3

capacity changed : 4

capacity changed : 6

capacity changed : 9

capacity changed : 13

capacity changed : 19

capacity changed : 28

capacity changed : 42

capacity changed : 63

capacity changed : 94

capacity changed : 141

g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容

making foo grow :

capacity changed : 1

capacity changed : 2

capacity changed : 4

capacity changed : 8

capacity changed : 16

capacity changed : 32

capacity changed : 64

capacity changed : 128

// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够

// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了

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 bar 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';

}

}

}

---

2.5 vector对象的增删查改及访问

接下来我就不代码解释了，这在我之前发的篇章C语言之数据结构中有，可以通过我之前发的作品进行查看

2.5.1 operator[]

<code>像数组一样访问数据

reference operator[] (size_type n);

const_reference operator[] (size_type n) const;

2.5.2 push_back()函数

<code>void push_back (const value_type& val); 尾插

像数组一样访问数据

reference operator[] (size_type n);

const_reference operator[] (size_type n) const;

2.5.3 find()函数

查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）

template <class InputIterator, class T>

            InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);

int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(1);

v.push_back(2);

v.push_back(3);

v.push_back(4);

vector<int>::iterator it;

it = find(v.begin(), v.end(), 3);

if (it != v.end())

cout << "找到了：" << *it << '\n';

else

cout << "没找到\n";

return 0;

}

 2.5.4 insert()函数

<code>int main()

{

vector<int> v1;

vector<int> v2;

v1.push_back(1);

v1.push_back(3);

v1.push_back(1);

v1.push_back(4);

v2.push_back(5);

v2.push_back(2);

v2.push_back(0);

// insert()函数能够在position之前插入val，并返回插入数据位置的 iterator

v1.insert(v1.begin(), 30);

for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)

{

cout << v1[i] << ' ';

}

cout << endl;

// insert()函数能够在position之前插入 n 个 val

v1.insert(v1.begin() + 2, 5, 10);

for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)

{

cout << v1[i] << ' ';

}

cout << endl;

// insert()函数能够在position之前插入一段迭代器区间的数据

v1.insert(v1.begin() + 5, v2.begin(), v2.end());

for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)

{

cout << v1[i] << ' ';

}

cout << endl;

return 0;

}

2.5.6 erase()函数 

<code>int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(1);

v.push_back(3);

v.push_back(1);

v.push_back(4);

v.push_back(5);

v.push_back(2);

v.push_back(0);

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

{

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

}

cout << endl;

// erase()函数能够删除在position位的的数据，并返回删除数据后面数据位置的 iterator

cout << *(v.erase(v.begin())) << endl;

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

{

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

}

cout << endl;

// erase()函数能够删除在迭代器区间 [first,last) 的的数据

// 并返回删除数据后面数据位置的 iterator

cout << *(v.erase(v.begin(), v.begin() + 3)) << endl;

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

{

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

}

cout << endl;

return 0;

}

 2.5.7 swap()函数

<code>int main()

{

vector<int> v1(4, 5);

vector<int> v2(5, 10);

for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)

{cout << v1[i] << ' ';}

cout << endl;

for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)

{cout << v2[i] << ' ';}

cout << endl;

v1.swap(v2);

for (int i = 0; i < v1.size(); ++i)

{

cout << v1[i] << ' ';

}

cout << endl;

for (int i = 0; i < v2.size(); ++i)

{

cout << v2[i] << ' ';

}

cout << endl;

return 0;

}

2.1.4.8 front()函数 + back()函数 

<code>int main()

{

vector<int> v;

v.push_back(1);

v.push_back(3);

v.push_back(1);

v.push_back(4);

v.push_back(5);

v.push_back(2);

v.push_back(0);

for (auto e : v)

{

cout << e << " ";

}

cout << endl;

cout << "front : " << v.front() << endl;

cout << "back : " << v.back() << endl;

return 0;

}

 

---

 2.6 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：

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。

        以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？

#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;

}

解答：第一个main函数错误，第二个main函数正确，因为erase()函数返回的就是删除元素后面元素位置的迭代器，++it会导致跳过一个元素，如果最后一个元素是偶数还会导致程序崩溃。

        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。  

// 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;

}

========================================================

// 使用第一组数据时，程序可以运行

[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11

[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out

1 3 5

======================================================== =

// 使用第二组数据时，程序最终会崩溃

[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ vim testVector.cpp

[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11

[sly@VM - 0 - 3 - centos 20220114]$ . / a.out

Segmentation fault

从上述三个例子中可以看到：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

#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。

---

三、vector 深度剖析及模拟实现

 模拟代码中的成员函数以在前面介绍，若一些成员函数不懂可查看上文

<code>#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include<iostream>

#include<assert.h>

using namespace std;

namespace lxp

{

template<class T>

class vector

{

public:

typedef T* iterator;

typedef const T* const_itrartor;

iterator begin()

{

return _start;

}

iterator end()

{

return _finish;

}

const_itrartor begin() const

{

return _start;

}

const_itrartor end() const

{

return _finish;

}

size_t size() const

{

return _finish - _start;

}

size_t capacity() const

{

return _endofstorage - _start;

}

void reserve(size_t n)

{

size_t sz = size();

if (n > capacity())

{

T* tmp = new T[n];

memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * size());

delete[] _start;

_start = tmp;

_finish = _start + sz;

_endofstorage = _start + n;

}

}

void resize(size_t n, const T& val = T())

{

if (n < size())

{

_finish = _start + n;

}

else

{

reserve(n);

for (int i = size(); i < n; i++)

{

*_finish = val;

_finish++;

}

}

}

void push_back(const T& x)

{

if (_finish == _endofstorage )

{

size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;

reserve(newcapacity);

}

*_finish = x;

_finish++;

}

void pop_back()

{

_finish--;

}

T& operator[](size_t pos)

{

assert(pos < size());

return _start[pos];

}

const T& operator[](size_t pos) const

{

assert(pos < size());

return _start[pos];

}

iterator insert(iterator pos, const T& x)

{

//迭代器扩容时pos位置会失效

assert(pos >= _start && pos < _finish);

size_t len = pos - _start;

if (_finish == _endofstorage )

{

size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;

reserve(newcapacity);

}

iterator i = _finish;

pos = _start + len;

while (pos < i)

{

*(i) = *(i - 1);

i--;

}

*pos = x;

_finish++;

return pos;

}

iterator erase(iterator pos)

{

assert(pos >= _start && pos < _finish);

iterator i = pos;

while (i < _finish)

{

*i = *(i + 1);

i++;

}

_finish--;

return pos;

}

vector()

:_start(nullptr)

,_finish(nullptr)

,_endofstorage (nullptr)

{}

// vector<int> v(10, 1);

//

// vector<int> v(10u, 1);

// vector<string> v1(10, "1111");

vector(size_t n, const T& val = T())

{

resize(n, val);

}

vector(int n, const T& val = T())

{

resize(n, val);

}

template<class InputIterator>

vector(InputIterator first, InputIterator last)

{

while (first != last)

{

push_back(*first);

++first;

}

}

vector(const vector<T>& v)

{

_start = new T[v.capacity()];

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

{

_start[i] = v._start[i];

}

_finish = _start + v.size();

_endofstorage = _start + v.capacity();

}

void swap(vector<T>& v)

{

std::swap(_start, v._start);

std::swap(_finish, v._finish);

std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);

}

// v1 = v2

vector<T>& operator=(vector<T> v)

{

swap(v);

return *this;

}

~vector()

{

delete[] _start;

_finish = _endofstorage = nullptr;

}

private:

iterator _start;

iterator _finish;

iterator _endofstorage;

};

}

---

结尾

如果有什么建议和疑问，或是有什么错误，希望大家可以在评论区提一下。

希望大家以后也能和我一起进步！！

如果这篇文章对你有用的话，请大家给一个三连支持一下！！

谢谢大家收看🌹🌹