C++ vector
创始人
2024-03-16 00:56:37

目录

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

1.2.3 vector 增删查改

1.2.4 vector 迭代器失效问题。(重点)

1.2.5 vector 在OJ中的使用

2.vector深度剖析及模拟实现

使用memcpy拷贝问题

动态二维数组理解

模拟实现vector:


1.vector的介绍及使用  

1.1 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

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

 以上就是vector的构造函数,重点关注1和3

1.2.2 vector iterator 的使用

我们可以看到这里的iterator行为上就像指针一样,但又不一定是指针 ,而对于vector这里来说,这里的iterator就是一个原生指针,后面会讲到迭代器失效的问题。

1.2.3 vector 空间增长问题

 这里的resize和reserve和之前的string的含义一样,这里就看看函数的使用方式即可:

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。(也就是不同编译器的实现方式不同,所以可能会导致有不同的结果) 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。

这是vs下的扩容:

 reserve的优势就在于如果我们知道要开多少空间,我们就可以一次性开好,就可以避免频繁的扩容,因为我们知道频繁扩容是要付出代价的,所以C++在这方面做的很好。

1.2.3 vector 增删查改

 为什么不推荐使用insert以及erase呢?因为我们知道数组删除数据是要挪动数据的,这样就导致花费更多时间,所以一般情况下不推荐使用。

上述内容很简单,查网站就会使用,不过多讲解,下面主要讲解迭代器失效的问题;
 

1.2.4 vector 迭代器失效问题。(重点)

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)。 为什么会这样呢? 下面我们看几个例子:
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。 拿扩容来说,reserve的底层实现是讲原来的空间释放掉,然后开辟新的空间,这样迭代器所在的位置就发生了改变,所以最后就导致了迭代器失效了。 我们看看下面这段代码:
#include 
using namespace std;
#include 
int main()
{vector v{ 1,2,3,4,5,6 };auto it = v.begin();v.assign(100, 3);//因为这里扩容过,所以迭代器肯定失效while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

结果正如我们所料:

解决这个办法就是更新一下迭代器即可正常使用。

看看其他例子:

2. 指定位置元素的删除操作--erase
int main()
{int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector::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。 我们可以看到vs实现的方式是比较严格的,如果不更新迭代器这就无法使用了。后面我们会模拟实现vector,后面我们模拟实现的就可以使用。 如果要删除vector中所有的偶数,我们应该怎么做呢? 下面这样就是有问题的:
int main()
{vector v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0;
}

不难发现这里肯定是有问题的,因为删除完4之后it又++就已经越界访问了。

我们可以在不是偶数的时候再++,同时更新一下it,是偶数的就不用++

int main()
{vector v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else{++it;}}for (auto& e : v){cout << e << endl;}return 0;
}

但是在Linux底下g++编译器就没有检查的那么严格:

看看扩容这段代码:

// 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 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;
}

 

 可以看到Linux底下是没有报错的,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,但是对于刚刚那个偶数那题Linux下也会报错:

 

4. 与vector类似,string在插入+扩容操作+erase之后,迭代器也会失效

最后说说如何解决这类问题:

迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可

1.2.5 vector 在OJ中的使用

因为数组在实际的应用非常广泛,所以C++的vector的运用也是非常多,而且嵌套vector远远比C语言中的二维数组好用,下面我们就来看看vector在oj中的应用:

1.力扣
这题杨辉三角实现起来其实并不是很难,但是如果使用C语言来做就很难受了,因为开辟空间那里就会让你非常头疼,但是对于C++来说这又不是一件难事了。这里就体现了嵌套vector的优点了。 思路: 先开辟好一个vector>,这样相当于C语言中的二维数组了。然后调整好空间,在第一行以及对角线的那一行初始化为1,其他的初始化为0,然后我们就可以遍历这个嵌套vector,判断是否0的元素,是就让其加上上一行的前一个以及上一行的那个。
实现方式:
class Solution {
public:vector> generate(int numRows) {//先开辟空间vector> vv;vv.resize(numRows);for(size_t i= 0 ;i

2.力扣

这道题如果使用哈希表的话就超出了这个空间复杂度了,用暴力查找的方式又不符合题意,这里有一个思路非常巧妙:

我们可以利用位运算来解决,因为这个除了这个数字其他的数字都出现过3次,我们可以把数组中的每一个数字的二进制位加起来,然后让结果%3就可以得到我们所想要的二进制位了,(不论是0还是1,%3的结果都是我们想要的那个数的二进制位),最后我们用ret每次接受一下要的到二进制位,就可以得到答案。

代码实现:

class Solution {
public:int singleNumber(vector& nums) {//我们可以把所有的二进制位全部加起来,然后%3就可以得到所求的数字的二进制位了int ret = 0;//我们要求的数字for(int i = 0;i<32;++i){int sum = 0;for(auto e:nums){sum += ((e>>i) & 1);}//把要求的数字的二进制位找出来if(sum%3){ret |= (1<

3.数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网

思路:因为所出现的元素的个数超过了一般半,我们就可以通过计数的方式记录它,如果是这个元素就++,不是就--,最后得到的那个数一定是我们想要的数,另外,我们还可以拓展一下:如果这个数不一定存在那要怎么处理?

我们可以对这个记录一下这个数,然后再遍历一次数组,通过计数的方式去确认是否存在。

代码实现:

class Solution {
public:int MoreThanHalfNum_Solution(vector numbers) {//因为所出现的元素的个数超过了一般半,我们就可以通过计数的方式记录它,如果是这个元素就++,不是就--//这样的话就可以在最后的时候找到这个元素int tmp = numbers[0];//记录我们要求的数据int times = 1;for(int i = 1;i

4.力扣

这一题的难度比较大,运用到了回溯算法

思路:

我们可以通过一个数组来记录数字与字母之间的映射关系,然后利用回溯算法(递归)就解决像这种组合问题,下面通过这题来大概讲解一下回溯:

 这个很像二叉树的遍历,但又复杂一点,这个可以看成多叉树的遍历方式。我们可以通过每一层的递归来达到一个组合的效果。

代码实现:

class Solution {//映射数组string numstr[10] = {"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"};
public://递归子函数void combine(string& digits,int i,vector& vcombine,string retstr){if(i == digits.size()){vcombine.push_back(retstr);return;}//找到对应的字母int num = digits[i]- '0';string str = numstr[num];//遍历串中的所有字符,然后进入下一层for(auto ch:str){combine(digits,i+1,vcombine,retstr+ch);}}vector letterCombinations(string digits) {vector vcombine;if(digits.empty()){return vcombine;}int i = 0;string retstr;//用来每次加,然后最后加到vcombine中 //递归combine(digits,i,vcombine,retstr);return vcombine;}
};

下面通过画递归展开图再来看看其中的细节:

2.vector深度剖析及模拟实现

使用memcpy拷贝问题

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。

这个和之前讲拷贝构造的时候很像,都是浅拷贝导致的问题。 可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

动态二维数组理解

在前面就已经看过了二维数组的题了,这里不过多介绍,还是介绍一下memcpy也会使内存崩溃的结果:

 要解决这个问题,我们还是要进行深拷贝,这是下面的reserve的模拟实现代码来解决这个问题:

 我们可以通过这个一个对象赋值的方式来进行深拷贝

模拟实现vector:

templateclass 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 _end;}const_iterator cbegin(){return _start;}const_iterator cend() const{return _end;}// construct and destroyvector():_start(nullptr),_end(nullptr),_endOfStorage(nullptr){}vector(int n, const T& value = T()):_start(nullptr), _end(nullptr), _endOfStorage(nullptr){reserve(n);for (int i = 0; i < n; ++i){push_back(value);}}templatevector(InputIterator first, InputIterator last):_start(nullptr), _end(nullptr), _endOfStorage(nullptr){while (first != last){push_back(*first);++first;}}vector(const vector& v):_start(nullptr), _end(nullptr), _endOfStorage(nullptr){//找个工具人vector tmp(v._start, v._end);swap(tmp);}vector& operator= (vector v){swap(v);return *this;}~vector(){delete[] _start;_start = _end = _endOfStorage = nullptr;}// capacitysize_t size() const{return _end - _start;}size_t capacity() const{return _endOfStorage - _start;}void reserve(size_t n){//坚持不缩容if (n > capacity()){//开辟新的空间,然后赋值过去T* tmp = new T[n];size_t oldsize = size();if (_start){for (size_t i = 0; i < oldsize; ++i){tmp[i] = _start[i];}delete[]_start;}_start = tmp;_end = _start + oldsize;_endOfStorage = _start + n;}}void resize(size_t n, const T& value = T()){//要扩容if (n > capacity()){int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);}if (n > size()){while (_end != _start + n){push_back(value);}}else{_end = _start + n;}}///access///T& operator[](size_t pos){assert(pos < size());return _start[pos];}const T& operator[](size_t pos)const{assert(pos < size());return _start[pos];}///modify/void push_back(const T& x){if (size() == capacity()){int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);}*_end = x;++_end;}void pop_back(){assert(_end > _start);--_end;}void swap(vector& v){std::swap(_start, v._start);std::swap(_end, v._end);std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);}iterator insert(iterator pos, const T& x){assert(_start <= pos);assert(_end > pos);//判断增容int distance = pos - _start;if (_end == _endOfStorage){int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();reserve(newcapacity);//这里的扩容不处理会导致迭代器失效pos = _start + distance;}//挪动数据,插入auto end = _end -1;while (end >= pos){*(end+1) = *end;--end;}*pos = x;++_end;return pos;}iterator erase(iterator pos){assert(pos >= _start);assert(pos < _end);//挪动数据iterator  ret = pos + 1;while (ret < _end){*(ret - 1) = *ret;++ret;}--_end;return pos;}private:iterator _start; // 指向数据块的开始iterator _end; // 指向有效数据的尾iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾};

其中实现过程中最容易错误的就是insert以及erase扩容问题,这是最容易出错的。

扩容是防止浅拷贝,所有把利用赋值来实现深拷贝。insert以及erase要注意更新迭代器,防止迭代器失效。

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