1.vector的介绍和使用
vector实际上是一个类模板，allocator (对象分配的元素的类型) 是第二个模板参数。
2.vector的使用
(1) vector的定义
int TestVector1(){ // constructors used in the same order as described above: vector<int> first; // empty vector of ints vector<int> second(4, 100); // four ints with value 100 vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through second vector<int> fourth(third); // a copy of third //迭代器也可以用数组来构造函数 int myints[] = { 16,2,77,29 }; vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int)); cout << "The contents of fifth are:"; for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it) cout << ' ' << *it;//The contents of fifth are: 16 2 77 29 cout << '\n'; return 0;}(2) vector iterator的使用
迭代器的使用：
void PrintVector(const vector<int>& v){// const对象使用const迭代器进行遍历打印vector<int>::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vector<int> 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<int>::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<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();auto rit = v.rbegin();while (rit != v.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;PrintVector(v);}(3) vector 的空间增长问题
// 测试vector的默认扩容机制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'; } }}
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了void TestVectorExpandOP(){ vector<int> v; size_t sz = v.capacity(); v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容 cout << "making bar 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'; } }}vector与string的reserve接口不同的是：vector在n小于当前向量容量的情况下，函数调用不会导致重新分配，向量容量也不会受到影响（强制性）；而string再该情况下，被视为缩小字符串容量的非绑定请求：容器实现可以自由地进行优化，使字符串的容量大于n。 （不具有约束力的请求）
● 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 。
// reisze(size_t n, const T& data = T())// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容void TestVector3(){vector<int> v;// set some initial content:for (int i = 1; i < 10; i++)v.push_back(i);v.resize(5);v.resize(8, 100);v.resize(12);cout << "v contains:";for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)cout << ' ' << v[i];cout << '\n';}● resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
(4) vector 的增删查改
注： operator[ ]与at() 区别：
operator[] 方法在访问元素时不会检查索引是否越界。如果索引超出了容器的边界，它不会抛出异常，而是返回一个指向容器内部某个位置的引用。at() 方法在访问元素时会检查索引是否越界。如果索引超出了容器的边界，它会抛出一个std::out_of_range异常。 void TestVector1(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法void TestVector2(){// 使用列表方式初始化，C++11新语法vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入// 1. 先使用find查找3所在位置// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据v.erase(pos);it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}void test3(){ vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); print_vactor(v); //删除所有的偶数 auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { if (*it % 2 == 0) { it = v.erase(it);//erese会返回删除数据的下一个位置,相当于已经++it了 } else { ++it; } } print_vactor(v);}// 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。void TestVector4(){vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 通过[]读写第0个位置。v[0] = 10;cout << v[0] << endl;// 1. 使用for+[]小标方式遍历for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;vector<int> swapv;swapv.swap(v);cout << "v data:";for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;// 2. 使用迭代器遍历cout << "swapv data:";auto it = swapv.begin();while (it != swapv.end()){cout << *it << " ";++it;}// 3. 使用范围for遍历for (auto x : v)cout << x << " ";cout << endl;}(5) 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操作有：1.野指针
(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。 vs下系统会强制检查，访问就会报错解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给 it 重新赋值即可
#include <iostream>using namespace std;#include <vector>int main(){vector<int> 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，操作期间底层会扩容// 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，操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);/*出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新赋值即可。*/while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;}2.erase
指定位置元素的删除操作--erase#include <iostream>using namespace std;#include <vector>int main(){int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector<int>::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;}
3.失去原有意义
（1）没有发生扩容，但迭代器指向位置已经没有意义，由于数据挪动，迭代器已经不是指向原来的数字而是指向修改后的数，所以insert以后我们认为迭代器也失效了 。
template<class T>void print_vactor(const vector<T>& v){ auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : v) { cout << e << " "; } cout << endl;}void test(){ vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); print_vactor(v); int x; cin >> x; auto p = find(v.begin(), v.end(), x); if (p != v.end()) { p = v.insert(p, 20); //此时p已经不是指向原来的2了，我们认为是迭代器失效 (*p) *= 10; } print_vactor(v);}int main(){ test(); return 0;}4. Linux下
注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
（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
// 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(){vector<int> v{ 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;}（2）erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效，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
// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效// 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#include <vector>#include <algorithm>int main(){vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);v.erase(it);cout << *it << endl;while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;}（3）erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end ，此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃int main(){ vector<int> v{1,2,3,4,5}; // vector<int> v{1,2,3,4,5,6}; auto it = v.begin(); while(it != v.end()) { if(*it % 2 == 0) v.erase(it); ++it; } for(auto e : v) cout << e << " "; cout << endl; return 0;}5.其他容器（string）
与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效。
几乎所有的容器erase后都会发生迭代器失效，insert看情况。
#include <string>void TestString(){string s("hello");auto it = s.begin();// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20,string会进行扩容// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃//s.resize(20, '!');while (it != s.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;it = s.begin();while (it != s.end()){it = s.erase(it);// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后// it位置的迭代器就失效了// s.erase(it);++it;}}6.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（返回值接收）。3.动态二维数组
简图：
(1) 代码理解：
#include<iostream>#include<vector>using namespace std;int main() {//动态二维数组vector<int> v(5, 1);//用5个1创建一维数组vector<vector<int>> vv(10, v);//10个一维数组创建10行5列的二维数组vv[1][2] = 2;//修改数据，调用两种operator[]//打印二维数组for (size_t i = 0; i < vv.size(); i++){for (size_t j = 0; j < vv[i].size(); j++) {cout << vv[i][j] << " ";}cout << endl;}cout << endl;return 0;}(2) 杨辉三角
// 以杨慧三角的前n行为例：假设n为5void test2vector(size_t n){// 使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>vector<vector<int>> vv(n);// 将二维数组每一行中的vecotr<int>中的元素全部设置为1for (size_t i = 0; i < n; ++i)vv[i].resize(i + 1, 1);// 给杨慧三角出第一列和对角线的所有元素赋值for (int i = 2; i < n; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}}
4.vector的模拟实现
(1) 注意事项1-6
1 .规定：类模板在没有实例化时，迭代器无法读取！编译器不能区分这里const_iterator是类型还是静态成员变量。要想解决：第一可以在前面加上typename用来证明这里是类型；第二是用auto，系统判断为类型。
//打印模版template<class T>void print_vector(const vector<T>& v){ // 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator // 是类型还是静态成员变量 //typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : v) { cout << e << " "; } cout << endl;}2. 内置类型是没有构造函数的概念的，但为了兼容模板（T val = T( ) ），也产生默认构造函数用来构造
// 内置类型是没有构造函数的概念的，// 但为了兼容模板（T val = T() ），也会产生默认构造函数来构造vector(int n, const T& value = T()){ reserve(n); while (n--) { push_back(value); }}3. c++11中有强制生成默认构造，即使类中已有其他构造函数，也能强制生成。eg：vector( ) = default。
//c++11规定，default可以强制生成默认构造 vector() = default;4. 类里面可以用类名替代类型（特殊化），类外面规定：类名不能代表类型
//类里面可以用类名替代类型（特殊化）//vector & operator=(vector v)vector<T>& operator= (vector<T> v){ swap(v); return *this;}5. 类模板的成员函数，还可继续是函数模板。
为了让该类模板的成员函数不光是应用于某一类容器的成员函数，而是使任意容器迭代器初始化，但前提是类型要匹配（与模板实现时所用的数据类型匹配）。（下面代码在vector类里面实现）此时不光可以用来构造vector也可以构造list等容器。
// 若使用iterator做迭代器，会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器
// 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
//类模板的成员函数可以继续是函数模板template<class InputIterator>;vector(InputIterator first, InputIterator last){ while (first != last) { push_back(*first); ++first; }}实现：
//用vector来初始化stringvector(size_t n, const T& val = T()){ reserve(n); for (int i = 0; i < n; i++) { push_back(val); }}6. vector(int n, const T& value = T())
* 理论上，提供了vector(size_t n, const T& value = T())之后
* vector(int n, const T& value = T())就不需要提供了，但是对于
* vector<int> v(10, 5);
* 编译器在编译时，认为T已经被实例化为int，而10和5编译器会默认其为int类型
* 就不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法，
* 最终选择的是：vector(InputIterator first, InputIterator last)
* 因为编译器觉得区间构造两个参数类型一致，因此编译器就会将InputIterator实例化为int
* 但是10和5根本不是一个区间，编译时就报错了
* 故需要增加该构造方法
vector(size_t n, const T& value = T()){ reserve(n); while (n--) { push_back(value); }} vector(int n, const T& value = T()){ reserve(n); while (n--) { push_back(value); }}(2) 模拟实现及测试
#include<iostream>#include<assert.h>#include<vector>using namespace std;namespace zyt{template <class T>class 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 _finish; } const_iterator cbegin() const { return _start; } const_iterator cend() const { return _finish; } // construct and destroy //初始化列表 vector() {} //c++11规定，default可以强制生成默认构造即使类中已有其他构造函数，也能强制生成 vector() = default; // 内置类型是没有构造函数的概念的， // 但为了兼容模板（T val = T() ），也会产生默认构造函数来构造 vector(size_t n, const T& value = T()) { reserve(n); while (n--) { push_back(value); } } vector(int n, const T& value = T()) { reserve(n); while (n--) { push_back(value); } } /// //构造一个包含与范围[first，last）一样多的元素的容器 //每个元素都按照相同的顺序从该范围内的相应元素构造而成 // 若使用iterator做迭代器，会导致初始化的迭代器区间[first,last)只能是vector的迭代器 // 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 InputIterator> vector(InputIterator first, InputIterator last) { while (first != last)//这里用!=号 { push_back(*first); ++first; } } //拷贝 vector(const vector<T>& v) { reserve(v.capacity()); iterator it = begin(); const_iterator vit = v.cbegin(); while (vit != v.cend()) { *it = *vit; ++it; ++vit; } _finish = it; } //类里面可以用类名替代类型（特殊化），类外面规定：类名不能代表类型 //vector & operator=(vector v) vector<T>& operator= (vector<T> v) { swap(v); return *this; } ~vector() { delete[] _start; _start = _finish = _end_of_storage = nullptr; } // capacity size_t size() const { return _finish - _start; } size_t capacity() const { return _end_of_storage - _start; } void reserve(size_t n) { if (n > capacity()) { size_t oldsize = _finish - _start;//防止更新空间后size()失效 T* tmp = new T[n]; if (_start) { //这里不能用memcpy //memcpy(tmp, _start, old_size * sizeof(T)); for (size_t i = 0; i < size(); i++) { tmp[i] = _start[i];//拷贝数据 } delete[] _start;//释放旧空间 } _start = tmp; _finish = _start + oldsize; _end_of_storage = _start + n; } } void resize(size_t n, const T& value = T()) { if (n <= size()) { _finish = _start + n; return; } if (n > capacity()) reserve(n); // n > size,从原来的结束位置到n位置要用val填补 iterator pos = _finish; _finish = _start + n; while (pos < _finish) { (*pos) = value; ++pos; } } ///access/// T& operator[](size_t pos) { return _start[pos]; } const T& operator[](size_t pos)const { return _start[pos]; } ///modify/ void push_back(const T& x) { if (size() == capacity()) { reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); } *_finish = x; ++_finish; } void pop_back() { --_finish; } void swap(vector<T>& v) { std::swap(_start, v._start); std::swap(_finish, v._finish); std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage); } iterator insert(iterator pos, const T& x) { assert(pos <= _finish); if (_finish == _end_of_storage) { size_t len = pos - _start; reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); pos = _start + len;//reserve后开新空间,要更新pos } iterator end = _finish; while (pos < end) { *(end) = *(end - 1); --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) { assert(pos <= _finish); iterator cur = pos + 1; while (cur != _finish) { *(cur - 1) = *cur; ++cur; } --_finish; return pos; }private:iterator _start = nullptr; // 指向数据块的开始iterator _finish = nullptr; // 指向有效数据的尾iterator _end_of_storage = nullptr; // 指向存储容量的尾}; void test1(); void test2(); template<class T> void print_vector(const vector<T>& v) { // 规定，没有实例化的类模板里面取东西，编译器不能区分这里const_iterator // 是类型还是静态成员变量 //typename vector<T>::const_iterator it = v.begin(); auto it = v.begin(); while (it != v.end()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; for (auto e : v) { cout << e << " "; } cout << endl; } //打印各类容器 template<class Container> void print_container(const Container& v) { auto it = v.cbegin(); while (it != v.cend()) { cout << *it << " "; ++it; } cout << endl; //for (auto e : v) //{ // cout << e << " "; //} //cout << endl; }}void zyt::test1(){ vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); v.push_back(4); v.push_back(5); zyt::print_container(v); //v.pop_back(); //v.pop_back(); //v.pop_back(); //v.pop_back(); //print_vector(v); v.insert(v.begin() + 1, 20); v.insert(v.begin() + 4, 20); v.insert(v.end(), 8); zyt::print_container(v); v.erase(v.begin()); v.erase(v.begin() + 3); v.erase(v.end()-1); zyt::print_container(v); cout << v[1] << endl; v.resize(4, 0); zyt::print_container(v); v.resize(6, 0); zyt::print_container(v); v.resize(5, 0); zyt::print_container(v);}void zyt::test2(){ vector<int> v; v.push_back(1); v.push_back(2); v.push_back(3); zyt::print_container(v); vector<int> vv = v; zyt::print_container(v); v.push_back(4); v.push_back(5); vv = v; zyt::print_container(v);}int main(){ zyt::test2(); return 0;}(3) 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？int main(){ zyt::vector<std::string> v; v.push_back("1111"); v.push_back("2222"); v.push_back("3333"); zyt::print_container(v); return 0;}
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。