vector类（一）

文章目录

  • vector介绍和使用
    • 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
      • 2.4 vector增删查改
      • 2.5 vector迭代器失效问题
    • 3.vector 在OJ中的使用

vector介绍和使用

1.vector的介绍

  1. vector是表示 可变大小数组的 序列容器。

  2. 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。

  3. 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。

  4. 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。

  5. 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。

  6. 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

2.vector的使用

vector学习时一定要学会查看文档：vector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。

在这里插入图片描述

在这里插入图片描述

2.1 vector的定义

constructor接口说明
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

2.2 vector iterator的使用

iterator的使用接口说明
begin + end（重点）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 + 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空间增长问题

容量空间接口说明
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。

2.4 vector增删查改

vector****增删查改接口说明
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[]像数组一样访问（重点）

2.5 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。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();
    
	v.resize(100, 8); // 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.reserve(100); // 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.insert(v.begin(), 0); // 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
	v.push_back(8);
	v.assign(100, 8); // 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
	return 0;
}

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。

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

int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();
	/*v.resize(100, 8);
	v.reserve(100);
	v.insert(v.begin(), 0); 
	v.push_back(8);
	v.assign(100, 8); */
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}
  1. 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));
	
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);  // 使用find查找3所在位置的iterator
	
	v.erase(pos);  // 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。

	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
	return 0;
}

在这里插入图片描述

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。

实例：删除vector中所有的偶数

#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)
			it = v.erase(it);
		else
			++it;
	}
	return 0;
}
  1. 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。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

// 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;
}

vs下：

在这里插入图片描述

linux下：

在这里插入图片描述

但是在linux中， 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 */
  1. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS
#include <iostream>
using namespace std;
#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,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;
	}
}
int main()
{
	TestString();
	return 0;
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

3.vector 在OJ中的使用

  1. 只出现一次的数字i
class Solution {
public:
	int singleNumber(vector<int>& nums) {
		int value = 0;
		for (auto e : v) { value ^= e; }
		return value;
	}
};
  1. 杨辉三角OJ
// 涉及resize / operator[]
// 核心思想：找出杨辉三角的规律，发现每一行头尾都是1，中间第[j]个数等于上一行[j-1]+[j]
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;
	}
};

总结：通过上面的oj题目，我们发现vector常用的接口更多是插入和遍历。遍历更喜欢用数组operator[i]的形式访问，因为这样便捷。

  1. 删除排序数组中的重复项 OJ

  2. 只出现一次的数ii OJ

  3. 只出现一次的数iii OJ

  4. 数组中出现次数超过一半的数字 OJ

  5. 电话号码字母组合OJ

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