C++学习随笔（11）—

本章我们来学习一下vector！

1.vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator 的使用

1.2.3 vector 空间增长问题

1.2.4 vector 增删查改

1.2.5 vector 迭代器失效问题。

1.vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

vector的文档介绍http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/

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。

1.2 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。

1.2.1 vector的定义

(constructor)构造函数声明	接口说明
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);	使用迭代器进行初始化构造

代码示例：

int TestVector1()
{
    // 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

    // 下面涉及迭代器初始化的部分
    // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
    int myints[] = { 16,2,77,29 };
    vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    cout << "The contents of fifth are:";
    for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
        cout << ' ' << *it;
    cout << '\n';

    return 0;
}

1.2.2 vector iterator 的使用

iterator的使用

接口说明

begin+

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+ 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

代码示例：

//  vector的迭代器

void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

void TestVector2()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}

	// 使用反向迭代器进行遍历再打印
	// vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	auto rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;

	PrintVector(v);
}

1.2.3 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	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

（1）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。

（2）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。

（3）resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

代码示例：

（1） vector的resize 和 reserve

//  vector的resize 和 reserve

// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{
	vector<int> v;

	// set some initial content:
	for (int i = 1; i < 10; i++)
		v.push_back(i);

	v.resize(5);
	v.resize(8, 100);
	v.resize(12);

	cout << "v contains:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		cout << ' ' << v[i];
	cout << '\n';
}

（2）测试vector的默认扩容机制

// 测试vector的默认扩容机制
// vs：按照1.5倍方式扩容
// linux：按照2倍方式扩容
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

（3）往vecotr中插入元素时，如果大概已经知道要存放多少个元素

// 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
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';
		}
	}
}

1.2.4 vector 增删查改

vector增删查改	接口说明
push_back	尾插
pop_back	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

代码示例：

（1）尾插和尾删：push_back/pop_back

// 尾插和尾删：push_back/pop_back
void TestVector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

（2）任意位置插入：insert和erase，以及查找find

// 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
void TestVector5()
{
	// 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
	// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局find
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		// 2. 在pos位置之前插入30
		v.insert(pos, 30);
	}

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

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

（3）operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历

// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
void TestVector6()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };

	// 通过[]读写第0个位置。
	v[0] = 10;
	cout << v[0] << endl;

	// 1. 使用for+[]小标方式遍历
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;

	vector<int> swapv;
	swapv.swap(v);

	cout << "v data:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;

	// 2. 使用迭代器遍历
	cout << "swapv data:";
	auto it = swapv.begin();
	while (it != swapv.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}

	// 3. 使用范围for遍历
	for (auto x : v)
		cout << x << " ";
	cout << endl;
}

1.2.5 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，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();
 
     // 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。

// 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。

本章完！