C++ 从入门到精通(第七篇) :vector 深度剖析及模拟实现
vector 深度剖析及模拟实现
vector 的介绍及使用
vector 的介绍
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操作,效率更低。比起 lists 和 forward_lists 统一的迭代器和引用更好
学习方法:使用 STL 的三个境界:能用,明理,能扩展 ,那么下面学习 vector,我们也是按照这个方法去学习
vector 的使用
vector()(重点)
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); (重点)
拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);
使用迭代器进行初始化构造
vector iterator 的使用
begin +end(重点)
获取第一个数据位置的 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 reverse_iterator
![](https://static001.geekbang.org/infoq/66/66b69707ba7bfd9ce18159e002fc45d1.png)
![](https://static001.geekbang.org/infoq/f9/f95de2dd9d855b6f796caa14c9f8509d.png)
vector 空间增长问题
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
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 增删查改
push_back(重点)
尾插
pop_back (重点)
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[] (重点)
像数组一样访问
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)。
对于 vector 可能会导致其迭代器失效的操作有:
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
指定位置元素的删除操作--erase
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。
vector 模拟实现
![](https://static001.geekbang.org/infoq/2d/2d2348520a22267e99d54dd414a4cf3c.png)
![](https://static001.geekbang.org/infoq/d9/d98488efed62d6929ce499cf5c926029.png)
模拟实现
使用 memcpy 拷贝问题
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?
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 即高效又不会出错,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。比
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 是浅拷贝,否则可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。
动态二维数组理解
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:
![](https://static001.geekbang.org/infoq/44/440831ebc1bb6a394a6141ce8a3ea5a4.png)
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。
ps
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