C++的vector學習總結及模擬實現
阿新 • • 發佈：2019-01-13
C++的vector學習及模擬實現
一.vector的介紹及使用
1.什麼是vector
vector是表示可變大小陣列的序列容器，相當於一個動態的順序表vector也採用的連續儲存空間來儲存元素。可以採用下標對vector的元素進行訪問，和陣列一樣高效。但是又不像陣列，它的大小是可以動態改變的，而且它的大小會被容器自動處理。vector使用動態分配陣列來儲存它的元素。當新元素插入時候，為了增加儲存空間這個陣列需要被重新分配大小。其做法是，分配一個新的陣列，然後將全部元素移到這個陣列。vector會分配一些額外的空間以適應可能的增長，因為儲存空間比實際需要的儲存空間更大。不同的庫採用不同的策略權衡空間的使用和重新分配。但是無論如何，重新分配都應該是對數增長的間隔大小，以至於在末尾插入一個元素的時候是在常數時間的複雜度完成的。vector佔用了更多的儲存空間，為了獲得管理儲存空間的能力，並且以一種有效的方式動態增長。- 與其它
動態序列容器相比，vector在訪問元素的時候更加高效，在末尾新增和刪除元素相對高效。對於其它不在末尾的刪除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists統一的迭代器和引用更好。
2.使用vector
2.1 vector常見的建構函式
vector()：無參無內容的構造vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）：構造大小為n個的vector並初始化為valvector (const vector& x)：拷貝構造vector (InputIterator first, InputIterator last)：使用迭代器進行初始化構造
void test1()
{
vector<int> v1;//無參構造
cout << v1.size() << endl;//0
vector<int> v2(4, 12);//構造大小為4的vector並初始化12
cout << v2.size() << endl;//4
vector<int> v3(v2);//拷貝構造
cout << v3.size() << endl;//4
vector<int> v4(v2.begin(), v2.end());//迭代器構造
cout << v4.size() << endl;//4
}
2.2 vector的迭代器(iterator)
begin()：獲取第一個位置的iteratorend()：獲取最後一個資料的下一個位置的iteratorrbegin()：獲取最後一個數據位置的reverse_iteratorrend()：獲取第一個資料前一個位置的reverse_iteratorcbegin()：獲取第一個資料位置的const_iterator(不可修改)cend()：獲取最後一個數據的下一個位置的const_iterator(不可改變)
迭代器的位置：
測試程式碼：
void test2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//iterator遍歷列印1234
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl;
//iterator修改資料2468
while (it != v.end())
{
*it *= 2;
++it;
}
//reverse_iterator遍歷列印4321
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit;
++rit;
}
cout << endl;
//const_iterator遍歷列印1234
vector<int>::const_iterator cit = v.cbegin();
while (cit != v.cend())
{
cout << *cit;
//*cit *= 2;不可以修改
++cit;
}
cout << endl;
//const_reverse_iterator遍歷列印4321
vector<int>::const_reverse_iterator crit = v.crbegin();
while (crit != v.crend())
{
cout << *crit;
//*crit *= 2;不能修改
++crit;
}
cout << endl;
}
2.3 vector空間增長常見介面
size()：獲取有效元素的個數capacity()：獲取容量的大小empty()：判斷是否為空void resize (size_type n, value_type val = value_type())：修改size的大小void reserve (size_type n)：修改容量的大小
注意：
vector的capacity在vs下是按1.5倍增長的，g++是按2倍增長的(vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL)。reserve只負責開闢空間，如果確定知道需要用多少空間，reserve可以緩解vector增容的代價缺陷問 題。resize在開空間的同時還會進行初始化
void test3()
{
//測試vs下的增容
vector<int> v;
size_t s = v.capacity();
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
v.push_back(i);
if (s != v.capacity())
{
s = v.capacity();
cout << "容量改變：" << s << endl;
}
}
}
執行結果如下：可以看出vs下的增容是按照1.5倍去增的
void test4()
{
//測試reserve
vector<int> v;
size_t s = v.capacity();
v.reserve(100);
for (int i = 0; i < 100; i++)
{
v.push_back(i);
if (s != v.capacity())
{
s = v.capacity();
cout << "容量改變：" << s << endl;
}
}
}
執行結果為只增容一次，所以如果實現直到大小，可以使用reserve來減少增容帶來的開銷。
2.4 vector常見的增刪查改介面
void push_back (const value_type& val)：尾插void pop_back()：尾刪InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)：查詢(注意這個是演算法模組實現，不是 vector的成員介面)iterator insert (iterator position, const value_type& val)：在position之前插入valiterator erase (iterator position)：刪除position位置的資料void swap (vector& x)：交換兩個vector的資料空間operator[] (size_type n)：過載[]，像陣列一樣訪問vector
void test7()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
//相當於迭代器區間構造
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
v.push_back(5);//12345
v.push_back(6);//123456
v.pop_back();//12345
//查詢vector中3所在的迭代器
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 8);//128345(在pos前插入20)
pos = find(v.begin(), v.end(), 2);
v.erase(pos);//18345(刪除2)
}
void test8()
{
vector<int> v1(4, 10);
vector<int> v2(5, 20);
cout << "***交換前***" << endl;
//10 10 10 10
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
//20 20 20 20 20
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
v1.swap(v2);
cout << "***交換後***" << endl;
//20 20 20 20 20
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
//10 10 10 10
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
}
2.5 vector的三種遍歷方式
迭代器遍歷operator[] + for迴圈遍歷auto + for迴圈遍歷(C++11語法糖)
void test9()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
//1.operator[] + for
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
//2.迭代器
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//3.auto + for(C++11新特性)
//此處儘量加上const和引用，防止拷貝帶來的代價和該值被修改
for (const auto& e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
2.6 迭代器失效問題
erase導致的迭代器失效
void test10()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);//erase刪除完一個數據之後，返回下一個資料的迭代器
cout << *pos << endl;//但是程式在vs下不能正常執行，可能是因為vs下的機制檢查的比較嚴格，迭代器會失效，不能正常訪問。但是在Linux下的g++編譯器不會發生迭代器失效，可以正常訪問。
}
insert導致迭代器失效
void test11()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.insert(pos, 8);
//insret後會導致vector擴容,擴容的方法是從新開闢空間，然後將資料拷貝過去
//在釋放原來的空間，那麼在對原來的迭代器訪問就會出現非法訪問
cout << *pos << endl;
}
- 一個常見迭代器失效的場景
void test12()
{
// 下面的程式碼實現刪除v中的所有偶數
// 下但是結果會崩潰掉，如果是偶數，erase導致it失效
// 對失效的迭代器進行++it，會導致程式崩潰
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
{
v.erase(it);
}
++it;
}
}
//上邊的程式碼可以改成下面這樣
void test13()
{
int arr[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(arr, arr + (sizeof(arr) / sizeof(arr[0])));
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
vector<int>::iterator end = v.end();
if (*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(it);//erase呼叫完之後，返回下一個元素的迭代器，在vs(檢查較為嚴格)下需要使用it重新接受迭代器，但是在g++編譯器下不用
}
else
{
++it;
}
}
}
二.vector的深度理解及核心介面的模擬實現
1.vector的深度理解
2.vector類核心介面的模擬實現
namespace zsc
{
template<class T>
class Vector
{
public:
/**
* 模擬實現迭代器核心介面(使用大寫和vector區分)
*/
typedef T* Iterator;
typedef const T* Const_Iterator;
Iterator Begin()
{
return _start;
}
Iterator End()
{
return _finish;
}
Const_Iterator CBegin() const
{
return _start;
}
Const_Iterator CEnd() const
{
return _finish;
}
/**
* 容量核心介面的模擬實現
*/
size_t Size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t Capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
void Reserve(size_t n)
{
if(n > Capacity())
{
size_t size =Size();
T* tmp = new T[n];
//使用memcpy會出現問題，當vector內如果存的是char*的情況
//memcpy按照位元組拷貝，只是簡單的把指向字串的char*拷貝過來
//在釋放原來的空間時，字串已經被銷燬了
//if(_start)
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*size);
if(_start)//第一次擴容時，_start為空
{
for(size_t i =0; i < size; i++)
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
_start = tmp;
_finish = _start + size;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void Resize(size_t n, const T& val = T())
{
//1.n小於等於當前vector的size,則在n的地方截斷，有效資料為前n個
if(n < Size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
//如果n大於當前容量，考慮擴容問題
if(n > Capacity())
{
Reserve(n);
}
Iterator it = _finish;
_finish = _start + n;
//把大於size那部分填充成val
while(it < _finish)
{
*it = val;
++it;
}
}
}
/**
* 增刪改查等核心介面的模擬實現
*/
Iterator Insert(Iterator pos, const T& val)
{
assert(pos <= _finish);
//檢查容量，不夠則擴容
if(_finish == _endofstorage)
{
size_t offset = pos - _start;
size_t newcapacity = Capacity() == 0 ? 2 : Capacity()*2;
Reserve(newcapacity);
//增容需要重置pos
pos = _start + offset;
}
Iterator end = _finish - 1;
while(end >= pos)
{
*(end+1) = *end;
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