本文主要是介绍STL—Vector详解,希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值,需要的开发者们随着小编来一起学习吧!
1.vector的介绍和使用
vector实际上是一个类模板,allocator (对象分配的元素的类型) 是第二个模板参数。
2.vector的使用
(1) vector的定义
int TestVector1()
{// constructors used in the same order as described above:vector<int> first; // empty vector of intsvector<int> second(4, 100); // four ints with value 100vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through secondvector<int> fourth(third); // a copy of third //迭代器也可以用数组来构造函数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;//The contents of fifth are: 16 2 77 29cout << '\n';return 0;
}
(2) vector iterator的使用
迭代器的使用:
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);
}
(3) vector 的空间增长问题
// 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';}}
}
● 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
// 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';}}
}
vector与string的reserve接口不同的是:vector在n小于当前向量容量的情况下,函数调用不会导致重新分配,向量容量也不会受到影响(强制性);而string再该情况下,被视为缩小字符串容量的非绑定请求:容器实现可以自由地进行优化,使字符串的容量大于n。 (不具有约束力的请求)
● 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 。
// 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';
}
● resize在开空间的同时还会进行初始化,影响size。
(4) vector 的增删查改
注: operator[ ]与at() 区别:
operator[]
方法在访问元素时不会检查索引是否越界。- 如果索引超出了容器的边界,它不会抛出异常,而是返回一个指向容器内部某个位置的引用。
at()
方法在访问元素时会检查索引是否越界。- 如果索引超出了容器的边界,它会抛出一个
std::out_of_range
异常。
void TestVector1()
{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;
}// 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 TestVector2()
{// 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findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.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;
}void test3()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);print_vactor(v);//删除所有的偶数auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0){it = v.erase(it);//erese会返回删除数据的下一个位置,相当于已经++it了}else{++it;}}print_vactor(v);
}// 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 TestVector4()
{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;
}
(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.野指针
(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。 vs下系统会强制检查,访问就会报错
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();// 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.erase
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iteratorvector<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.失去原有意义
(1)没有发生扩容,但迭代器指向位置已经没有意义,由于数据挪动,迭代器已经不是指向原来的数字而是指向修改后的数,所以insert以后我们认为迭代器也失效了 。
template<class T>
void print_vactor(const vector<T>& v)
{auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}
void test()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);print_vactor(v);int x;cin >> x;auto p = find(v.begin(), v.end(), x);if (p != v.end()){p = v.insert(p, 20);//此时p已经不是指向原来的2了,我们认为是迭代器失效(*p) *= 10;}print_vactor(v);}
int main()
{test();return 0;
}
4. Linux下
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
// 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: 1000 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
// 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:44 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
// 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.out1 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.outSegmentation fault
5.其他容器(string)
与vector类似,string在插入+扩容操作+erase之后,迭代器也会失效。
几乎所有的容器erase后都会发生迭代器失效,insert看情况。
#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;}
}
6.总结
迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可(返回值接收)。
3.动态二维数组
简图:
(1) 代码理解:
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main()
{//动态二维数组vector<int> v(5, 1);//用5个1创建一维数组vector<vector<int>> vv(10, v);//10个一维数组创建10行5列的二维数组vv[1][2] = 2;//修改数据,调用两种operator[]//打印二维数组for (size_t i = 0; i < vv.size(); i++){for (size_t j = 0; j < vv[i].size(); j++) {cout << vv[i][j] << " ";}cout << endl;}cout << endl;return 0;
}
(2) 杨辉三角
// 以杨慧三角的前n行为例:假设n为5
void test2vector(size_t n)
{// 使用vector定义二维数组vv,vv中的每个元素都是vector<int>vector<vector<int>> vv(n);// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1for (size_t i = 0; i < n; ++i)vv[i].resize(i + 1, 1);// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值for (int i = 2; i < n; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}
}
构造一个vv动态二维数组,vv中总共有n个元素,每个元素 都是vector类型的,每行没有包含任何元素,如果n为5时如下所示:
4.vector的模拟实现
(1) 注意事项1-6
1 .规定:类模板在没有实例化时,迭代器无法读取!编译器不能区分这里const_iterator是类型还是静态成员变量。要想解决:第一可以在前面加上typename用来证明这里是类型;第二是用auto,系统判断为类型。
//打印模版
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{// 规定,没有实例化的类模板里面取东西,编译器不能区分这里const_iterator// 是类型还是静态成员变量//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;
}
2. 内置类型是没有构造函数的概念的,但为了兼容模板(T val = T( ) ),也产生默认构造函数用来构造
// 内置类型是没有构造函数的概念的,
// 但为了兼容模板(T val = T() ),也会产生默认构造函数来构造
vector(int n, const T& value = T())
{reserve(n);while (n--){push_back(value);}
}
3. c++11中有强制生成默认构造,即使类中已有其他构造函数,也能强制生成。eg:vector( ) = default。
//c++11规定,default可以强制生成默认构造vector() = default;
4. 类里面可以用类名替代类型(特殊化),类外面规定:类名不能代表类型
//类里面可以用类名替代类型(特殊化)
//vector & operator=(vector v)
vector<T>& operator= (vector<T> v)
{swap(v);return *this;
}
5. 类模板的成员函数,还可继续是函数模板。
为了让该类模板的成员函数不光是应用于某一类容器的成员函数,而是使任意容器迭代器初始化,但前提是类型要匹配(与模板实现时所用的数据类型匹配)。(下面代码在vector类里面实现)此时不光可以用来构造vector也可以构造list等容器。
// 若使用iterator做迭代器,会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器
// 重新声明迭代器,迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器
//类模板的成员函数可以继续是函数模板
template<class InputIterator>;
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{while (first != last){push_back(*first);++first;}
}
实现:
//用vector来初始化string
vector(size_t n, const T& val = T())
{reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(val);}
}
6. vector(int n, const T& value = T())
* 理论上,提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后
* vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了,但是对于
* vector<int> v(10, 5);
* 编译器在编译时,认为T已经被实例化为int,而10和5编译器会默认其为int类型
* 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法,
* 最终选择的是:vector(InputIterator first, InputIterator last)
* 因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致,因此编译器就会将InputIterator实例化为int
* 但是10和5根本不是一个区间,编译时就报错了
* 故需要增加该构造方法
vector(size_t n, const T& value = T())
{reserve(n);while (n--){push_back(value);}
}
vector(int n, const T& value = T())
{reserve(n);while (n--){push_back(value);}
}
(2) 模拟实现及测试
#include<iostream>
#include<assert.h>
#include<vector>
using namespace std;namespace zyt
{template <class T>class vector{public:// Vector的迭代器是一个原生指针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;}// construct and destroy//初始化列表vector(){}//c++11规定,default可以强制生成默认构造即使类中已有其他构造函数,也能强制生成vector() = default;// 内置类型是没有构造函数的概念的,// 但为了兼容模板(T val = T() ),也会产生默认构造函数来构造vector(size_t n, const T& value = T()){reserve(n);while (n--){push_back(value);}}vector(int n, const T& value = T()){reserve(n);while (n--){push_back(value);}}/////构造一个包含与范围[first,last)一样多的元素的容器//每个元素都按照相同的顺序从该范围内的相应元素构造而成// 若使用iterator做迭代器,会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器// 重新声明迭代器,迭代器区间[first,last)可以是任意容器的迭代器template<class InputIterator>vector(InputIterator first, InputIterator last){while (first != last)//这里用!=号{push_back(*first);++first;}}//拷贝vector(const vector<T>& v){reserve(v.capacity());iterator it = begin();const_iterator vit = v.cbegin();while (vit != v.cend()){*it = *vit;++it;++vit;}_finish = it;}//类里面可以用类名替代类型(特殊化),类外面规定:类名不能代表类型//vector & operator=(vector v)vector<T>& operator= (vector<T> v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;}// capacitysize_t size() const{return _finish - _start;}size_t capacity() const{return _end_of_storage - _start;}void reserve(size_t n){if (n > capacity()){size_t oldsize = _finish - _start;//防止更新空间后size()失效T* tmp = new T[n];if (_start){//这里不能用memcpy//memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T));for (size_t i = 0; i < size(); i++){tmp[i] = _start[i];//拷贝数据}delete[] _start;//释放旧空间}_start = tmp;_finish = _start + oldsize;_end_of_storage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){if (n <= size()){_finish = _start + n;return;}if (n > capacity())reserve(n);// n > size,从原来的结束位置到n位置要用val填补iterator pos = _finish;_finish = _start + n;while (pos < _finish){(*pos) = value;++pos;}}///access///T& operator[](size_t pos){return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{return _start[pos];}///modify/void push_back(const T& x){if (size() == capacity()){reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);}*_finish = x;++_finish;}void pop_back(){--_finish;}void swap(vector<T>& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(pos <= _finish);if (_finish == _end_of_storage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;//reserve后开新空间,要更新pos}iterator end = _finish;while (pos < end){*(end) = *(end - 1);--end;}*pos = x;++_finish;return pos;}// 返回删除数据的下一个数据// 方便解决:一边遍历一边删除的迭代器失效问题iterator erase(iterator pos){assert(pos <= _finish);iterator cur = pos + 1;while (cur != _finish){*(cur - 1) = *cur;++cur;}--_finish;return pos;}private:iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向存储容量的尾};void test1();void test2();template<class T>void print_vector(const vector<T>& v){// 规定,没有实例化的类模板里面取东西,编译器不能区分这里const_iterator// 是类型还是静态成员变量//typename vector<T>::const_iterator it = v.begin();auto it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;for (auto e : v){cout << e << " ";}cout << endl;}//打印各类容器template<class Container>void print_container(const Container& v){auto it = v.cbegin();while (it != v.cend()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;//for (auto e : v)//{// cout << e << " ";//}//cout << endl;}
}void zyt::test1()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);zyt::print_container(v);//v.pop_back();//v.pop_back();//v.pop_back();//v.pop_back();//print_vector(v);v.insert(v.begin() + 1, 20);v.insert(v.begin() + 4, 20);v.insert(v.end(), 8);zyt::print_container(v);v.erase(v.begin());v.erase(v.begin() + 3);v.erase(v.end()-1);zyt::print_container(v);cout << v[1] << endl;v.resize(4, 0);zyt::print_container(v);v.resize(6, 0);zyt::print_container(v);v.resize(5, 0);zyt::print_container(v);}void zyt::test2()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);zyt::print_container(v);vector<int> vv = v;zyt::print_container(v);v.push_back(4);v.push_back(5);vv = v;zyt::print_container(v);}int main()
{zyt::test2();return 0;
}
(3) 使用memcpy拷贝问题
假设模拟实现的vector中的reserve接口中,使用memcpy进行的拷贝,以下代码会发生什么问题?
int main()
{zyt::vector<std::string> v;v.push_back("1111");v.push_back("2222");v.push_back("3333");zyt::print_container(v);return 0;
}
问题分析:1. memcpy是内存的二进制格式拷贝,将一段内存空间中内容原封不动的拷贝到另外一段内存空间中2. 如果拷贝的是自定义类型的元素,memcpy既高效又不会出错,但如果拷贝的是自定义类型元素,并且自定义类型元素中涉及到资源管理时,就会出错,因为memcpy的拷贝实际是浅拷贝。
结论:如果对象中涉及到资源管理时,千万不能使用memcpy进行对象之间的拷贝,因为
memcpy是浅拷贝,否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。
这篇关于STL—Vector详解的文章就介绍到这儿,希望我们推荐的文章对编程师们有所帮助!