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C++vector-创新互联

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1.vector的介绍及使用  

1.1 vector的介绍

1.2 vector的使用

1.2.1 vector的定义

1.2.2 vector iterator 的使用

1.2.3 vector 空间增长问题

1.2.3 vector 增删查改

1.2.4 vector 迭代器失效问题。(重点)

1.2.5 vector 在OJ中的使用

2.vector深度剖析及模拟实现

使用memcpy拷贝问题

动态二维数组理解

模拟实现vector:


1.vector的介绍及使用   1.1 vector的介绍
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( 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
1.2 vector的使用 1.2.1 vector的定义

以上就是vector的构造函数,重点关注1和3

1.2.2 vector iterator 的使用

我们可以看到这里的iterator行为上就像指针一样,但又不一定是指针 ,而对于vector这里来说,这里的iterator就是一个原生指针,后面会讲到迭代器失效的问题。

1.2.3 vector 空间增长问题

这里的resize和reserve和之前的string的含义一样,这里就看看函数的使用方式即可:

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, vector 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 。( 也就是不同编译器的实现方式不同,所以可能会导致有不同的结果) 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 。

这是vs下的扩容:

reserve的优势就在于如果我们知道要开多少空间,我们就可以一次性开好,就可以避免频繁的扩容,因为我们知道频繁扩容是要付出代价的,所以C++在这方面做的很好。

1.2.3 vector 增删查改

为什么不推荐使用insert以及erase呢?因为我们知道数组删除数据是要挪动数据的,这样就导致花费更多时间,所以一般情况下不推荐使用。

上述内容很简单,查网站就会使用,不过多讲解,下面主要讲解迭代器失效的问题;

1.2.4 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)。 为什么会这样呢? 下面我们看几个例子:
1. 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。 拿扩容来说,reserve的底层实现是讲原来的空间释放掉,然后开辟新的空间,这样迭代器所在的位置就发生了改变,所以最后就导致了迭代器失效了。 我们看看下面这段代码:
#includeusing namespace std;
#includeint main()
{
	vectorv{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();
	v.assign(100, 3);
	//因为这里扩容过,所以迭代器肯定失效
	while (it != v.end())
	{
		cout<< *it<< " ";
		++it;
	}
	cout<< endl;
	return 0;
}

结果正如我们所料:

解决这个办法就是更新一下迭代器即可正常使用。

看看其他例子:

2. 指定位置元素的删除操作--erase
int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vectorv(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。 我们可以看到 vs实现的方式是比较严格的 ,如果不更新迭代器这就无法使用了。后面我们会模拟实现vector,后面我们模拟实现的就可以使用。 如果要 删除vector中所有的偶数,我们应该怎么做呢? 下面这样就是有问题的:
int main()
{
	vectorv{ 1, 2, 3, 4 };
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}

	return 0;
}

不难发现这里肯定是有问题的,因为删除完4之后it又++就已经越界访问了。

我们可以在不是偶数的时候再++,同时更新一下it,是偶数的就不用++

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;
		}
	}
	for (auto& e : v)
	{
		cout<< e<< endl;
	}
	return 0;
}

但是在Linux底下g++编译器就没有检查的那么严格:

看看扩容这段代码:

// 1. 扩容之后,迭代器已经失效了,程序虽然可以运行,但是运行结果已经不对了
int main()
{
	vectorv{ 1,2,3,4,5 };
	for (size_t i = 0; i< v.size(); ++i)
		cout<< v[i]<< " ";
	cout<< endl;
	auto it = v.begin();
	cout<< "扩容之前,vector的容量为: "<< v.capacity()<< endl;
	// 通过reserve将底层空间设置为100,目的是为了让vector的迭代器失效 
	v.reserve(100);
	cout<< "扩容之后,vector的容量为: "<< v.capacity()<< endl;

	// 经过上述reserve之后,it迭代器肯定会失效,在vs下程序就直接崩溃了,但是linux下不会
	// 虽然可能运行,但是输出的结果是不对的
	while (it != v.end())
	{
		cout<< *it<< " ";
		++it;
	}
	cout<< endl;
	return 0;
}

可以看到Linux底下是没有报错的,因为空间还是原来的空间,后序元素往前搬移了,it的位置还是有效的,但是对于刚刚那个偶数那题Linux下也会报错:

4. 与vector类似,string在插入+扩容操作+erase之后,迭代器也会失效

最后说说如何解决这类问题:

迭代器失效解决办法:在使用前,对迭代器重新赋值即可 1.2.5 vector 在OJ中的使用

因为数组在实际的应用非常广泛,所以C++的vector的运用也是非常多,而且嵌套vector远远比C语言中的二维数组好用,下面我们就来看看vector在oj中的应用:

1. 力扣
这题杨辉三角实现起来其实并不是很难,但是如果使用C语言来做就很难受了,因为开辟空间那里就会让你非常头疼,但是对于C++来说这又不是一件难事了。这里就体现了嵌套vector的优点了。 思路: 先开辟好一个vector>,这样相当于C语言中的二维数组了。然后调整好空间,在第一行以及对角线的那一行初始化为1,其他的初始化为0,然后我们就可以遍历这个嵌套vector,判断是否0的元素,是就让其加上上一行的前一个以及上一行的那个。
实现方式:
class Solution {
public:
    vector>generate(int numRows) {
        //先开辟空间
        vector>vv;
        vv.resize(numRows);
        for(size_t i= 0 ;i

2.力扣

这道题如果使用哈希表的话就超出了这个空间复杂度了,用暴力查找的方式又不符合题意,这里有一个思路非常巧妙:

我们可以利用位运算来解决,因为这个除了这个数字其他的数字都出现过3次,我们可以把数组中的每一个数字的二进制位加起来,然后让结果%3就可以得到我们所想要的二进制位了,(不论是0还是1,%3的结果都是我们想要的那个数的二进制位),最后我们用ret每次接受一下要的到二进制位,就可以得到答案。

代码实现:

class Solution {
public:
    int singleNumber(vector& nums) {
        //我们可以把所有的二进制位全部加起来,然后%3就可以得到所求的数字的二进制位了
        int ret = 0;//我们要求的数字
        for(int i = 0;i<32;++i)
        {
            int sum = 0;
            for(auto e:nums)
            {
                sum += ((e>>i) & 1);
            }
            //把要求的数字的二进制位找出来
            if(sum%3)
            {
                ret |= (1<

3.数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网

思路:因为所出现的元素的个数超过了一般半,我们就可以通过计数的方式记录它,如果是这个元素就++,不是就--,最后得到的那个数一定是我们想要的数,另外,我们还可以拓展一下:如果这个数不一定存在那要怎么处理?

我们可以对这个记录一下这个数,然后再遍历一次数组,通过计数的方式去确认是否存在。

代码实现:

class Solution {
public:
    int MoreThanHalfNum_Solution(vectornumbers) {
    //因为所出现的元素的个数超过了一般半,我们就可以通过计数的方式记录它,如果是这个元素就++,不是就--
    //这样的话就可以在最后的时候找到这个元素
    int tmp = numbers[0];//记录我们要求的数据
    int times = 1;
    for(int i = 1;i

4.力扣

这一题的难度比较大,运用到了回溯算法

思路:

我们可以通过一个数组来记录数字与字母之间的映射关系,然后利用回溯算法(递归)就解决像这种组合问题,下面通过这题来大概讲解一下回溯:

这个很像二叉树的遍历,但又复杂一点,这个可以看成多叉树的遍历方式。我们可以通过每一层的递归来达到一个组合的效果。

代码实现:

class Solution {
    //映射数组
    string numstr[10] = {"","","abc","def","ghi","jkl","mno","pqrs","tuv","wxyz"};
public:
    //递归子函数
    void combine(string& digits,int i,vector& vcombine,string retstr)
    {
        if(i == digits.size())
        {
            vcombine.push_back(retstr);
            return;
        }
        //找到对应的字母
        int num = digits[i]- '0';
         string str = numstr[num];
         //遍历串中的所有字符,然后进入下一层
         for(auto ch:str)
         {
             combine(digits,i+1,vcombine,retstr+ch);
         }
    }
    vectorletterCombinations(string digits) {
        vectorvcombine;
        if(digits.empty())
        {
            return vcombine;
        }
        int i = 0;
        string retstr;//用来每次加,然后最后加到vcombine中 
        //递归
        combine(digits,i,vcombine,retstr);
        return vcombine;
    }
};

下面通过画递归展开图再来看看其中的细节:

2.vector深度剖析及模拟实现 使用memcpy拷贝问题
1. 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 2. 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。

这个和之前讲拷贝构造的时候很像,都是浅拷贝导致的问题。 可能会引起内存泄漏甚至程序崩溃。

动态二维数组理解

在前面就已经看过了二维数组的题了,这里不过多介绍,还是介绍一下memcpy也会使内存崩溃的结果:

要解决这个问题,我们还是要进行深拷贝,这是下面的reserve的模拟实现代码来解决这个问题:

我们可以通过这个一个对象赋值的方式来进行深拷贝

模拟实现vector:
templateclass vector
    {
    public:
        // Vector的迭代器是一个原生指针
            typedef T* iterator;
            typedef const T* const_iterator;

            iterator begin()
            {
                return _start;
            }
            iterator end()
            {
                return _end;
            }
            const_iterator cbegin()
            {
                return _start;
            }
            const_iterator cend() const
            {
                return _end;
            }

            // construct and destroy

            vector()
                :_start(nullptr)
                ,_end(nullptr)
                ,_endOfStorage(nullptr)
            {}

            vector(int n, const T& value = T())
                :_start(nullptr)
                , _end(nullptr)
                , _endOfStorage(nullptr)
            {
                reserve(n);
                for (int i = 0; i< n; ++i)
                {
                    push_back(value);
                }
            }

            templatevector(InputIterator first, InputIterator last)
                :_start(nullptr)
                , _end(nullptr)
                , _endOfStorage(nullptr)
            {
                while (first != last)
                {
                    push_back(*first);
                    ++first;
                }
            }

            vector(const vector& v)
                :_start(nullptr)
                , _end(nullptr)
                , _endOfStorage(nullptr)
            {
                //找个工具人
                vectortmp(v._start, v._end);
                swap(tmp);
            }

            vector& operator= (vectorv)
            {
                swap(v);
                return *this;
            }

            ~vector()
            {
                delete[] _start;
                _start = _end = _endOfStorage = nullptr;
            }

            // capacity

            size_t size() const
            {
                return _end - _start;
            }

            size_t capacity() const
            {
                return _endOfStorage - _start;
            }

            void reserve(size_t n)
            {
                //坚持不缩容
                if (n >capacity())
                {
                    //开辟新的空间,然后赋值过去
                    T* tmp = new T[n];
                    size_t oldsize = size();
                    if (_start)
                    {
                        for (size_t i = 0; i< oldsize; ++i)
                        {
                            tmp[i] = _start[i];
                        }
                        delete[]_start;
                    }
               
                    _start = tmp;
                    _end = _start + oldsize;
                    _endOfStorage = _start + n;
                }
            }

            void resize(size_t n, const T& value = T())
            {
                //要扩容
                if (n >capacity())
                {
                    int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
                    reserve(newcapacity);
                }
    
                if (n >size())
                {
                    while (_end != _start + n)
                    {
                        push_back(value);
                    }
                }
                else
                {
                    _end = _start + n;
                }
            }



            ///access///

            T& operator[](size_t pos)
            {
                assert(pos< size());
                return _start[pos];
            }

            const T& operator[](size_t pos)const
            {
                assert(pos< size());
                return _start[pos];
            }



            ///modify/

            void push_back(const T& x)
            {
                if (size() == capacity())
                {
                    int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
                    reserve(newcapacity);
                }
                *_end = x;
                ++_end;
            }

            void pop_back()
            {
                assert(_end >_start);
                --_end;
            }

            void swap(vector& v)
            {
                std::swap(_start, v._start);
                std::swap(_end, v._end);
                std::swap(_endOfStorage, v._endOfStorage);
            }

            iterator insert(iterator pos, const T& x)
            {
                assert(_start<= pos);
                assert(_end >pos);
                //判断增容
                int distance = pos - _start;
                if (_end == _endOfStorage)
                {
                    int newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : 2 * capacity();
                    reserve(newcapacity);
                    //这里的扩容不处理会导致迭代器失效
                    pos = _start + distance;
                }
                //挪动数据,插入
                auto end = _end -1;
                while (end >= pos)
                {
                    *(end+1) = *end;
                    --end;
                }
                *pos = x;
                ++_end;
                return pos;
            }

            iterator erase(iterator pos)
            {
                assert(pos >= _start);
                assert(pos< _end);
                //挪动数据
                iterator  ret = pos + 1;
                while (ret< _end)
                {
                    *(ret - 1) = *ret;
                    ++ret;
                }
                --_end;
                return pos;
            }

    private:
        iterator _start; // 指向数据块的开始
        iterator _end; // 指向有效数据的尾
        iterator _endOfStorage; // 指向存储容量的尾
    };

其中实现过程中最容易错误的就是insert以及erase扩容问题,这是最容易出错的。

扩容是防止浅拷贝,所有把利用赋值来实现深拷贝。insert以及erase要注意更新迭代器,防止迭代器失效。

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