C++学习 STL组件之vector部分总结
自从上一次学习STL的组件(string)已经过去有些日子了，主要是还在进行其他方面的学习，现在有了空闲继续来总结C++STL方面，vectot也是很早之前就学过的部分，学习过程中也是让我深深感到了C++STL的实用，现在在做有关方面的题目时有的地方会忘记(所以总结顺便复习)，总之要学习和总结的东西还有很多，就请路过的看客和我一起学习前进吧。-----(≧∇≦)ﾉ
首先是关于vector的介绍
经过之前一遍学习后，我也大致了解了vector的学习步骤，我将其分为以下三个部分：
有人可能会问那一条红线？那是与之相关的内容，也是我最近在学习的部分之一，下一次的内容就是他了(当然还是STL相关的，我学的慢。。。)
然后当然就是给出vector的定义了！
由于了解到定义这一部分也是蛮重要的知识点内容，所以我将此详细总结了一下，如下：
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vector是表示可变大小数组的序列容器
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像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素，可以采用下标对vector的元素进行访问
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和数组不同，vector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(kksk^_^)
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本质上讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素，当新元素插入时候，这个数组为了增加存储空间需要被重新分配大小，具体做法是 “分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组”
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vector分配空间策略是：
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vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，所以存储空间比实际需要的存储空 间更大
- 虽然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 对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时间都应该是在常数时间的复杂 度内完成的
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- 与其它动态序列容器相比(deque、 list 、 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，效率较低。
再再来到最最重要的使用环节！
首先是vector内所包含的接口有哪些：
1.构造函数使用：
构造函数上的使用有以下四种
* vector() 无参构造
* vector(size_type n, const value_type& val = value_type() 构造并初始化n个val
* vector (const vector& x) 拷贝构造
* vector (InputIterator first, InputIterator last) 使用迭代器进行初始化构造vector的这四种构造函数中最常用的就是
无参构造函数vector()和拷贝构造vector (const vector& x)
第二种构造vector(size_type n, const value_type& val = value_type() 看场合使用即可
而关于第4种构造 在这里先跳过，毕竟迭代器相关我还没有学习，之后跟进的博客到达迭代器部分的时候再说
2.vector提供的迭代器(iterator)使用：
也就是以下两组
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begin + end 获取第一个数据位置iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
- rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator， 获取第一个数据前一个位置的reverseiterat
画个图的话差不多是这种感觉(画画苦手)：
此处只总结迭代器的使用方法：
eg1： const对象使用const迭代器进行遍历打印
vector<int>::const_iterator it = v.begin();
//C++中可以使用auto关键字来代替上面一句it的类型部分，自动匹配数据的类型。
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}eg2：使用迭代器进行遍历打印
vector<int>::iterator it = v.begin();//此句同上可使用auto关键字
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}eg3：使用反向迭代器进行遍历再打印
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin(); //同上(没错就是懒得写)
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}2.有关容量空间变化的接口
常用的有以下几种：
- size 获取数据个数
- capacity 获取容量大小
- empty 判断是否为空
- resize(重点) 改变vector的size
- reserve (重点) 改变vector放入capacity
前三种接口都是常用且简单的，与string相似，所以这里不再做演示。
(注意，再次提醒capacity的增长是不固定的，具体增长多少是根据具体的需求定义
的，比方说：vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的，vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL)
主要需要注意的是resize和reserve两个函数：
-
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve就可以缓解vector增容代价缺陷问题。
- resize在开空间的同时还会进行初始化(对于扩大的那一部分空间)，影响size
此处给出两个使用例子：
eg1：
std::vector<int> b;
int sz = b.capacity();
b.reserve(100);
int ss=b.capacity();
//可输出sz和ss来观察reserve效果eg2：
std::vector<int> a;
a.resize(5);
a.resize(8,100);
a.resize(12);
//可通过同上手段来观察3.vector内容增删查改操作相关接口
常用有如下几种：
- push_back 尾插
- pop_back 尾删
- find 查找(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，返回下一个位置的迭代器
- swap 交换两个vector的数据空间
- operator[] 像数组一样访问元素
其实我感觉上述这些接口都有用武之地，所以需要重点记忆的！
(1)push_back以及pop_back
eg:
vector<int> a;
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(3);
a.push_back(4);
//此时a中内容为1 2 3 4
a.pop_back(3);
a.pop_back(4);
//此时a中内容为1 2
(2).operator[](其实这个接口主要学习还是在模拟实现部分，这里给出使用例)
eg：
vector<int> a;
a.push_back(1);
a.push_back(2);
a.push_back(3);
cout<< a[0]<<a[1]<<a[2];
//输出结果为123
(3).find
eg：
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> s(a, a+sizeof(a)/sizeof(int)) //vector可以将数组直接插入具体实现在模拟实现
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 此时*it的值为3
//结果it为前两迭代器表示的范围内第一次找到3这个元素时的迭代器位置。
其他的几种具体实现和学习在模拟实现部分(耐心)
4.关于增删查改操作的接口有的时候还会导致迭代器的失效：
迭代器的失效产生的原因很多，这里举例常见的几种场景
(1)insert或者erase导致的迭代器失效
-
insert导致的情况： 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
- erase导致的情况：删除pos位置的数据，会导致pos迭代器失效，此时再用pos迭代器进行访问就会出现程序错误。
(2)其他场景出现的迭代器失效
eg：
当进行以下操作时
auto it = a.begin();
while (it != a.end())
{
if (*it % 2 == 0) //简单的删除偶数
v.erase(it);
++it; //在这一步就会出现程序错误，因为erase已经将 it 变成了一个失效迭代器， } 对于失效的迭代器进行++会引发错误
那么问题来了，上面这段代码要怎么改呢？
由于erase接口被调用会返回删除位置的下一个位置，所以将代码改为以下这种就可以啦：
while (it != a.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = a.erase(it);
else
++it;
}
每当我学不动了时候我都会找张图片来细细观赏一番(洗眼睛)，下面有请老婆登场：
(嘿嘿)
来来来现在我们继续，现在进入的就是最后的一部分啦，学完这里我们就可以放开手大胆的去用vector了(maybe~)：
vector的模拟实现(包括深度解析)
1.对vector深度解析
这一步是事关重要的，如果没有这一步的铺垫，要进行模拟实现就会难上加难，不清楚构造的东西自然难以实现
首先附上一张图来做说明(手绘勿喷)：
上图中：start表示指向数据块的开始
finish表示指向有效数据的尾
end_of_storage表示指向存储容量的尾
根据上面我画的这张图我们可以大致了解到vector的结构。
已上图为例，当a中元素超过capacity时，容量会扩充至两倍，若是两倍还不够则会扩充至足够大的容量。
注意：“但是扩容的步骤可不是直接在原来空间后面开辟空间这么简单，其中要经过重新配置、元素搬移、释放原空间等过程，是较为复杂的”
最后到了模拟实现的部分，部分需要注意的点会写在注释里：
namespace key{
template<class K>
class vector{
public:
// vector的迭代器是一个原生指针,所以做以下重定义方便实用
typedef K* iterator;
typedef const K* const_iterator;
vector() //无参构造
:_start(nullptr) //初始化列表
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr){}
vector(int n, const K& value = K()) //含参数构造，且初始化，插入n个value元素，第二个参数做缺省值可不填
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr){
reserve(n);
while (n--)
{
push_back(value); //若是有第二个参数输入则初始化元素
}
}
//所以重新声明迭代器，迭代器区间[first,last]可以是任意容器的迭代器
template<class InIterator>
vector(InIterator first, InIterator last){
reserve(last - first);
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}
vector(const vector<K>& v)
: _start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endofstorage(nullptr){
reserve(v.capacity());
K* it = begin();
K* vit = v.cbegin();
while (vit != v.cend())
{
*it++ = *vit++;
}
_finish = _start + v.size();
_endofstorage = _start + v.capacity();
}
vector<K>& operator= (vector<K> v){
swap(v);
return *this;
}
~vector(){
delete[] _start;
_start = _finish = _endofstorage = nullptr;
}
// capacity
size_t size() const { return _finish - _start; }
size_t capacity() const { return _endofstorage - _start; }
void reserve(size_t n){ //扩容，改变capacity的值
if (n > capacity())
{
size_t oldSize = size();
K* tmp = new K[n];
if (_start)
{
for (size_t i = 0; i < oldSize; ++i)
tmp[i] = _start[i];
}
_start = tmp;
_finish = _start + size;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const K& value = K()){ //重新设定大小并初始化(部分)
// 1.如果n小于当前的size，则数据个数缩小到n
if (n <= size())
{
_finish = _start + n;
return;
}
// 2.空间不够则增容
if (n > capacity())
reserve(n);
// 3.将size扩大到n //扩大的部分要初始化
iterator it = _finish;
iterator _finish = _start + n;
while (it != _finish)
{
*it = value;
++it;
}
}
///操作符重载///
T& operator[](size_t pos){
return _start[pos];
}
const T& operator[](size_t pos)const {
return _start[pos];
}
///增删查改/
void push_back(const K& x){ //后插
insert(end(), x);
}
void pop_back(){ //后删
erase(--end());
}
void swap(vector<K>& v){ //交换两个vector对象的数据空间
swap(_start, v._start);
swap(_finish, v._finish);
swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}
iterator insert(iterator pos, const K& x){ //插入
assert(pos <= _finish);
// 空间不够先进行增容
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t size = size();
size_t newCapacity = (0 == capacity()) ? 1 : capacity() * 2;
reserve(newCapacity);
// 如果发生了增容，需要重置pos
pos = _start + size;
}
K* end = _finish - 1;
while (end >= pos)
{
*(end + 1) = *end;
--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)
{
// 挪动数据进行删除
iterator begin = pos + 1;
while (begin != _finish) {
*(begin - 1) = *begin;
++begin;
}
--_finish;
return pos;
}
iterator begin() { return _start; }
iterator end() { return _finish; }
const_iterator cbegin() const { return _start; }
const_iterator cend() const { return _finish; }
private:
iterator _start; // 指向数据块的开始
iterator _finish; // 指向有效数据的尾
iterator _endofstorage; //指向存储文件的尾
};
}
