- vector的介绍及使用
- vector的介绍
- vector的使用
- vector的定义
- vector的遍历
- 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 在OJ中的使用
- vector深度剖析及模拟实现
- 模拟实现vector
- 使用memcpy拷贝问题
- 对vector核心接口的测试
vector的文档介绍
vector的使用 vector的定义
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 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。- 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。- 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。
- 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。
- 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。
// constructing vectors #includevector的遍历#include int main () { // 构造函数的使用 std::vector first; // 无参构造 std::vector second (4,100); // 初始化为4个整型数字100 std::vector third (second.begin(),second.end()); // 用second的迭代器初始化,类似于拷贝构造second //也可以用其他类的迭代器初始化 string s("hello"); vector v(s.begin(), s.end()); std::vector fourth (third); // 拷贝构造 // 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 fifth (myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int) ); std::cout << "The contents of fifth are:"; for (std::vector ::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it) std::cout << ' ' << *it; std::cout << 'n'; return 0; }
1.size()+operator[]
2.迭代器
3.范围for
vector iterator 的使用#includevector 空间增长问题#include using namespace std; void PrintVector(const vector & v) { // const对象使用const迭代器进行遍历打印 vector ::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 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 ::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 ::reverse_iterator rit = v.rbegin(); while (rit != v.rend()) { cout << *rit << " "; ++rit; } cout << endl; PrintVector(v); return 0; }
- 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
capacity
// vector::capacity #include#include int main () { size_t sz; std::vector 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
reserve
// vector::reserve #include#include int main () { size_t sz; std::vector 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'; } } std::vector bar; sz = bar.capacity(); bar.reserve(100); // this is the only difference with foo above std::cout << "making bar grow:n"; for (int i=0; i<100; ++i) { bar.push_back(i); if (sz!=bar.capacity()) { sz = bar.capacity(); std::cout << "capacity changed: " << sz << 'n'; } } return 0; }
resize
// vector::resize #include#include int main () { std::vector myvector; // set some initial content: for (int i=1;i<10;i++) myvector.push_back(i); myvector.resize(5); myvector.resize(8,100); myvector.resize(12); std::cout << "myvector contains:"; for (int i=0;i 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 push_back和pop_back的使用
// push_back/pop_back #include#include using namespace std; int main() { int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector v(a, a+sizeof(a)/sizeof(int)); vector ::iterator it = v.begin(); //用迭代器遍历vector while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //尾删 v.pop_back(); v.pop_back(); //尾插 v.push_back(5); it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; return 0; } 结果:
find、insert、erase的使用
//insert,用迭代器插入 iterator insert (iterator position, const value_type& val); //erase,用迭代器删除 iterator erase (iterator position); //find template//用迭代器遍历查找,返回的是所找元素的迭代器位置 InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val); // find / insert / erase #include#include //find的头文件,在算法头文件里 #include using namespace std; 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iterator vector ::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3); // 在pos位置之前插入30 v.insert(pos, 30); //用迭代器遍历vector vector ::iterator it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //查找3的iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3); // 删除pos位置的数据 v.erase(pos); //再次遍历 it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; return 0; } 结果:
operator[]、swap的使用
// 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。 #include#include using namespace std; int main() { int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int)); // 通过[]读写第0个位置。 v[0] = 10; cout << v[0] << endl; // 通过[i]的方式遍历vector for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) cout << v[i] << " "; cout << endl; vector swapv; //v和swapv交换 swapv.swap(v); cout << "v data:";//v的内容 for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) cout << v[i] << " "; cout << endl; cout << "swapv data:";//swapv的内容 for (size_t i = 0; i < swapv.size(); ++i) cout << swapv[i] << " "; cout << endl; // C++11支持的新式范围for遍历 for(auto x : v) cout<< x << " "; cout< 结果:
C++98下,最好使用vector的swap,全局的swap会涉及深浅拷贝,开销较大
C++11则都一样
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 *** 作有:
会引起其底层空间改变的 *** 作,都有可能是迭代器失效,导致迭代器变成野指针。比如:resize、reserve、insert、assign、push_back等
#includeusing namespace std; #include int main() { vector 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); while(it != v.end()) { cout<< *it << " " ; ++it; } cout< 指定位置元素的删除 *** 作–erase
#includeusing namespace std; #include 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iterator vector ::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。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数
#includeusing namespace std; #include 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; } 看一下结果:
vs2019下:
g++(Linux)下:
可以看到两个编译器都对其报了错误,而且是与内存访问相关的错误,为什么呢?
这里实际上就是一个迭代器失效的案例
解释:
vector中有元素{1,2,3,4},1不是偶数,所以不会删除,迭代器it向后走,指向2,2是偶数,所以删除2,此时迭代器还是向后走,我们的原意是想让it指向3,可是vector已经变成了{1,3,4},it指向的是第三个位置,所以指向了4,再删除4,vector变成了{1,3},it向后走,此时it已经不指向vector中的内容了,而v.end()指向的是3,所以it永远不会等于v.end(),也就是it会一直向后非法访问,直到访问到没有权限的位置,程序就异常结束了。
而vs是在删除2后,++it时出错的,++it会出错是因为VS编译器会在++的时候对it进行检查,如果有非法访问的行为则直接抛异常
我们在vecotr中加一个数字5,结果就不一样了:
vs下:
g++下:
可以看到g++下的编译通过了,vs还是抛出了异常,因为这是一种巧合的情况,刚好不会发生非法的内存访问,当删除4之后,it++指向了5,5不是偶数,于是不会被删除,it再++,it就到了v.end()的位置,结束循环。
而vs中仍然在同样的地方抛出了异常,是因为这种行为是不被允许的,可能会造成错误,于是vs就直接终止了程序。
那么怎么解决这种问题呢?
erase会返回删除位置的下一个位置的迭代器,我们用it接收这个值,更新it的位置,指向的刚好就是下一个元素的位置,就不会发生非法的访问了
//代码int main() { vectorv{ 1, 2, 3, 4 }; auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) it = v.erase(it); else ++it; } return 0; } 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
vector 在OJ中的使用只出现一次的数字 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
杨辉三角 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
删除有序数组中的重复项 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
只出现一次的数字 II - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
只出现一次的数字 III - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
数组中出现次数超过一半的数字
电话号码的字母组合 - 力扣(LeetCode) (leetcode-cn.com)
连续子数组的最大和
vector深度剖析及模拟实现start、finish和end_of_storage是vector的三个核心成员变量,这三个成员变量的意义如上图所示。他们的类型是迭代器
template模拟实现vectortypedef T value_type; typedef value_type* iterator; private: iterator _start; iterator _finish; iterator _end_of_storage; #include使用memcpy拷贝问题#include #include #include namespace ysj { template class vector { public: typedef T value_type; typedef value_type* iterator; typedef const value_type* const_iterator; //构造 vector() :_start(nullptr) , _finish(nullptr) , _endof_storage(nullptr) {} vector(int n, const T& val = T()) :_start(nullptr) , _finish(nullptr) , _endof_storage(nullptr) { reserve(n); while (n--) push_back(val); } //迭代器构造 template vector(InputIterator first, InputIterator last) :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_endof_storage(nullptr) { reserve(last - first); while (first != last) { push_back(*first); ++first; } } //拷贝构造 vector(const vector& v) :_start(nullptr) ,_finish(nullptr) ,_endof_storage(nullptr) { reserve(v.capacity()); iterator it = v. begin(); while (it != v.end()) { push_back(*it); ++it; } } void swap(vector & v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_endof_storage, v._endof_storage); } //赋值重载 //传统写法 //现代写法 const vector & operator=(vector v) { swap(v); return *this; } size_t size()const { return _finish - _start; } size_t capacity()const { return _endof_storage - _start; } bool empty() { return _start == _finish; } //增容 void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t sz = size(); T* tmp = new T[n]; if (_start)//当前vector不为空 { for (size_t i = 0; i < size(); ++i) { tmp[i] = _start[i]; } //不能用memcpy拷贝,memcpy是字节拷贝,属于浅拷贝,如果vector装的是string这样需要深拷贝的成员,就会生成野指针,也就是string的_str指向了一块被释放的空间(下面的_start被释放了) delete[] _start; } _start = tmp; _finish = _start + sz;//用提前保存的sz而不是size接口,如果原vector是空的话,size()就是一个很大的值,就会造成非法访问 _endof_storage = _start + n; } } void resize(size_t n, T val = T()) { //判断增容 if (_finish == _endof_storage) { int newcapacity = 0 ? 4 : 2 * capacity(); resize(newcapacity); } //n = size()) { *_finish = val; _finish++; } } else//大于capacity { //增容 reserve(n); while (n >= size()) { *_finish = val; _finish++; } } } } //尾插 void push_back(const T& x) { //判断增容 while (_finish == _endof_storage) { reserve(capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity()); } *_finish = x; ++_finish; } //插入 iterator insert(iterator pos, T val) { //判断增容 if (_finish == _endof_storage) { //增容会有迭代器失效的隐患,所以要记录pos的相对位置 int len = pos - _start; int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity(); reserve(newcapacity); pos = _start + len; } iterator it = _finish; while (it > pos) { *it = *(it - 1); --it; } *pos = val; _finish++; return pos + 1; } iterator erase(iterator pos) { assert(!empty()); iterator it = pos; while (it < _finish - 1) { *it = *(it + 1); ++it; } _finish--; return pos; } void pop_back() { assert(!empty()); --_finish; } //迭代器 iterator begin() { return _start; } iterator end() { return _finish; } //const迭代器 iterator begin()const { return _start; } iterator end()const { return _finish; } //operator[] T& operator[](size_t pos) { assert(pos < size()); return *(_start + pos); } void print()const { ysj::vector ::const_iterator it = begin(); while (it != end()) { std::cout << *it << " "; ++it; } std::cout << std::endl; } ~vector() { delete[] _start; _start = _finish = _endof_storage = nullptr; } private: iterator _start; iterator _finish; iterator _endof_storage; }; } 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() { ysj::vectorv; v.push_back("1111"); v.push_back("2222"); v.push_back("3333"); return 0; } 问题分析:
- 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
- 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
对vector核心接口的测试
浅拷贝,否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。using namespace std; // constructing vectors void TestVector1() { // constructors used in the same order as described above: ysj::vectorfirst; // empty vector of ints ysj::vector second(4, 100); // four ints with value 100 ysj::vector third(second. begin(), second.end()); // iterating through second ysj::vector fourth(third); // a copy of third // the iterator constructor can also be used to construct from arrays: int myints[] = { 16, 2, 77, 29 }; ysj::vector fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int)); std::cout << "The contents of fifth are:"; for (ysj::vector ::iterator it = fifth. begin(); it != fifth.end(); ++it) std::cout << *it << " "; std::cout << endl; // 测试T是string时,拷贝问题 ysj::vector strV; strV.push_back("1111"); strV.push_back("2222"); strV.push_back("3333"); strV.push_back("4444"); for (size_t i = 0; i < strV.size(); ++i) { cout << strV[i] << " "; } cout << endl; } //vector iterator的使用 void PrintVector(const ysj::vector & v) { // 使用const迭代器进行遍历打印 ysj::vector ::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 ysj::vector v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); PrintVector(v); // 使用迭代器进行修改 auto it = v. begin(); while (it != v.end()) { *it *= 2; ++it; } PrintVector(v); // 这里可以看出C++11支持iterator及接口,就支持范围for for (auto e : v) cout << e << " "; } // find / insert / erase void TestVector3() { int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; ysj::vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0])); // 使用find查找3所在位置的iterator auto pos = find(v. begin(), v.end(), 3); // 在pos位置之前插入30 v.insert(pos, 30); PrintVector(v); // 删除pos位置的数据 pos = find(v. begin(), v.end(), 3); v.erase(pos); PrintVector(v); } // iterator失效问题 void TestVector4() { int a[] = { 1, 2, 3, 4 }; ysj::vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0])); // 删除pos位置的数据,导致pos迭代器失效 auto pos = find(v. begin(), v.end(), 3); v.erase(pos); cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问 // 在pos位置插入数据,导致pos迭代器失效。 // insert会导致迭代器失效,是因为insert可 // 能会导致增容,增容后pos还指向原来的空间,而原来的空间已经释放了。 pos = find(v. begin(), v.end(), 3); v.insert(pos, 30); cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问 // 实现删除v中的所有偶数 // 下面的程序会崩溃掉,如果是偶数,erase导致it失效 // 对失效的迭代器进行++it,会导致程序崩溃 auto it = v. begin(); // 以上程序要改成下面这样,erase会返回删除位置的下一个位置 cout << "删除前:"; PrintVector(v); it = v. begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) it = v.erase(it); else ++it; } cout << "删除后:"; PrintVector(v); } int main() { //TestVector1(); //TestVector2(); //TestVector3(); TestVector4(); return 0; } 欢迎分享,转载请注明来源:内存溢出
评论列表(0条)