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vector介绍
1. 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。 2. 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。 3. 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。 4. 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
vector示意图
上面的图片来自于《STL源码剖析》这本书，从图中我们就可以看出vector实现的基本形式。vector类的成员变量是三个指针：指向起始位置的 _start ，指向最后一个数据的下一个位置的_finish，指向容量的下一个位置的_end_of_storage。
关于vector扩容的问题
使用以下一段demo进行测试：
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';
}
}
}在VS2022下：（大致为1.5倍）
在gcc下：（2倍）
vector框架
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};构造函数
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}析构函数
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}vector有关空间容量函数
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
bool empty()const
{
return size() == 0;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}需要注意的是：关于reserve函数，当数值大于当前vector的容量时，需要进行拷贝，使用memcpy进行拷贝时（浅拷贝），对于内置类型不会有问题， 但是对于自定义类型就会有问题，比如string，
会引发扩容，就会引发对旧内容进行拷贝，如果使用memcpy进行拷贝，会出问题：
问题如下：
拷贝完以后，浅拷贝回来对应指针，当旧对象释放后，新对象指向的内容就无意义了，这就是问题所在，解决办法如上面reserve函数。
insert和erase
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}pop_back和push_back
void push_back(const T& x)
{
if (_finish == _end_of_storage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
_finish++;
}
void pop_back()
{
assert(_finish > _start);
_finish--;
}其它构造函数
拷贝构造
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}迭代器区间构造
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}运算符重载
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}关于迭代器失效问题【重点】
有关insert发生迭代器失效
迭代器失效原因：
insert时迭代器失效发生在insert前size=capacity，当insert时，会先扩容，但是扩容后，pos还是指向原来的空间的位置，且已经被释放，那么当再次使用pos时，就会导致程序崩溃！！！
解决办法：更新pos位置迭代器，使其指向扩容后对应的位置，并返回pos位置迭代器。
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}通过查阅文档也可以发现，官方的做法也是返回Insert位置的迭代器：
有关erase发生迭代器失效
erase函数错误写法：
void erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator begin = pos + 1;
while (begin < _finish)
{
*(begin - 1) = *begin;
begin++;
}
_finish--;
}演示代码：
运行结果：
出错原因：
it永远不会等于finish
解决办法：返回pos位置迭代器
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}对应示例
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//删除所有偶数
auto it = v.begin();
while(it != v.end())
{
if(*it % 2 == 0)
{
it = v.erase(*it);
}
else
{
it++;
}
}
for(auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
}通过查阅文档也可以发现，官方的做法也是返回erase位置的迭代器：
vector模拟实现整体代码
template<class T>
class vector
{
public:
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
vector()
{}
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(size_t n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(int n, const T& val = T())
{
reserve(n);
for (int i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val);
}
}
vector(const vector<T>& v)
{
reserve(v.capacity());
for (auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}
void swap(vector<T>& v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
size_t sz = size();
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; i++)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
reserve(n);
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}
void push_back(const T& x)
{/*
if (_finish == _endofstorage)
{
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
}
*_finish = x;
++_finish;*/
insert(end(), x);
}
iterator insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t len = pos - _start;
reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);
pos = _start + len;
}
iterator end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = x;
++_finish;
return pos;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos >= _start);
assert(pos < _finish);
iterator it = pos + 1;
while (it < _finish)
{
*(it - 1) = *it;
++it;
}
--_finish;
return pos;
}
T& operator[](size_t pos)
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos) const
{
assert(pos < size());
return _start[pos];
}
size_t capacity() const
{
return _endofstorage - _start;
}
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
private:
iterator _start = nullptr;
iterator _finish = nullptr;
iterator _endofstorage = nullptr;
};