C++ vector

vector

• 一、vector的介绍及使用
• • vector的定义
  • vector iterator 的使用
  • vector 空间增长问题
  • vector 增删查改
  • vector迭代器失效问题
  • vector相关OJ
• 二、vector深度剖析
• • 动态二维数组理解

一、vector的介绍及使用

vector的文档介绍

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（deques, lists and forward_lists）， 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 *** 作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

vector的使用：

vector的定义

// constructing vectors
#include 
#include 
int main ()
{
	 // constructors used in the same order as described above:
	 std::vector<int> first; // empty vector of ints
	 std::vector<int> second (4,100); // four ints with value 100
	 std::vector<int> third (second.begin(),second.end()); // iterating through second
	 std::vector<int> fourth (third); // a copy of third
	 // 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分
	 // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
	 int myints[] = {16,2,77,29};
	 std::vector<int> fifth (myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int) );
	 std::cout << "The contents of fifth are:";
	 for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
	 std::cout << ' ' << *it;
	 std::cout << '\n';
	 return 0; 
 }

vector iterator 的使用

#include 
#include 
using namespace std;

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; 
 }
int main()
{
	 // 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();
	 while (rit != v.rend())
	 {
		 cout << *rit << " ";
		 ++rit;
	 }
	 cout << endl;
	 
	 PrintVector(v);
	 
	 return 0; 
 }

vector 空间增长问题

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，顺序表增容都是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。

// vector::capacity
#include 
#include 
int main ()
{
	 size_t sz;
	 std::vector<int> foo;
	 sz = foo.capacity();
	 std::cout << "making foo grow:\n";
	 for (int i=0; i<100; ++i) {
	 	foo.push_back(i);
	 	if (sz!=foo.capacity()) {
		 sz = foo.capacity();
		 std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	 }
   }
}


vs：运行结果：
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：
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

vector 增删查改

// find / insert / erase
#include 
#include 
#include 
using namespace std;
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);
	 
	 // 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;
	 
	 return 0; 
 }

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，而是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 *** 作有：

1. 会引起其底层空间改变的 *** 作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。

#include 
using namespace std;
#include 
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， *** 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， *** 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 *** 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 *** 作时，实际 *** 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 *** 作完成之后，如果想要继续通过迭代器 *** 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 *** 作–erase

#include 
using namespace std;
#include 
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位置是没有元素了，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。

#include
#include

using namespace std;

方法1：
int main()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };

	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}

	return 0;
}

方法2：
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;
	}
	for (auto num : v)
	{
		cout << num << " ";
	}
	return 0;
}

实验证明方法2可行。
迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

vector相关OJ

只出现一次的数字

杨辉三角

删除排序数组中的重复项

只出现一次的数字II

只出现一次的数字III

数组中出现次数超过一半的数字

连续子数组的最大和

二、vector深度剖析

动态二维数组理解

// 以杨辉三角的前n行为例：假设n为5
void test5(size_t n) {
	 // 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector
	 bit::vector<bit::vector<int>> vv(n);
	 
	 // 将二维数组每一行中的vecotr中的元素全部设置为1
	 for (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];
		 }
	 }
}

bit::vector vv(n); 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：

vv中元素填充完成之后，如下图所示：

使用标准库中vector构建动态二维数组时与上图实际是一致的。