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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

    vector<int> v1;vector<int> v2(3, 100);vector<int> v3(v2);vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it < v1.end(); ++it){cout << *it << " ";}cout << endl;for (vector<int>::iterator it2 = v2.begin(); it2 < v2.end(); ++it2){cout << *it2 << " ";}cout << endl;for (vector<int>::iterator it3 = v3.begin(); it3 < v3.end(); ++it3){cout << *it3 << " ";}cout << endl;for (vector<int>::iterator it4 = v4.begin(); it4 < v4.end(); ++it4){cout << *it4 << " ";}cout << endl;

1.2.2 vector iterator 的使用

int main()
{vector<int> v1;v1.push_back(1);v1.push_back(2);v1.push_back(3);v1.push_back(4);v1.push_back(5);for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it < v1.end(); ++it){cout << *it << " ";}cout << endl;for (vector<int>::iterator it = v1.begin(); it < v1.end(); ++it){*it = *it * 2;cout << *it << " ";}cout << endl;//使用反向迭代器遍历vector<int>::reverse_iterator rit = v1.rbegin();while (rit!=v1.rend()){cout << *rit<<" ";++rit;}return 0;
}

1.2.3 vector 空间增长问题

 注意：

1. 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。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。

2.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。

3.resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

int main()
{size_t sz;vector<int> v;sz = v.size();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 << endl;}}return 0;
}

通过上面测试代码在vs和g++下的运行结果可以直观的看到不同的扩容方式。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。

1.2.3 vector 增删查改

int main()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();vector<int>::iterator it1 = v.begin();while (it1 != v.end()){cout << *it1 << " ";++it1;}cout << endl;auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it2 = v.begin();while (it2 != v.end()){cout << *it2 << " ";++it2;}cout << endl;auto pos1 = find(v.begin(), v.end(), 30);v.erase(pos1);vector<int>::iterator it3 = v.begin();while (it3 != v.end()){cout << *it3 << " ";++it3;}cout << endl;v[0] = 10;cout << v[0] << endl;for (int i=0;i<v.size();++i){cout << v[i]<<" ";}cout << endl;return 0;
}

1.2.4 vector 迭代器失效问题。

迭代器的主要作用是让算法能够不用关注底层数据结构，其底层就是一个指针，或者对指针进行了封装。比如：vector的迭代器就是T*原生指针，因此，迭代器失效就是迭代器对应的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。如果继续使用已经失效的迭代器，程序有可能会崩溃。

1.2.4.1对于vector其迭代器可能失效的操作：

1.会引起其底层空间改变的操作都可能引起迭代器失效：resize、reserve、insert、assign、 push_back等。

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);while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}

 出错原因：vector 使用的连续空间，当执行以上操作时，操作位置之后的所有数据都会发生变动，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。

2.指定位置元素的删除操作：erase。

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/*for (int i = 0; i < v.size(); ++i){cout << v[i] << " ";}*/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。erase操作之后应该给迭代器赋新值，以避免迭代器失效导致程序崩溃。

3.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
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
#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
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;
}

从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。

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

int main（）
{string s("hello");auto it = s.begin();// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会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;}
}

2.vector深度剖析

2.1 使用memcpy拷贝问题

问题分析：如果vector的reserve接口底层使用memcpy进行实现可以吗？

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. 如果拷贝的是内置类型的元素，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。

 

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。

2.2 动态二维数组理解

以杨辉三角为例：

int main()
{vector<vector<int>> vv(5);// 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 < 5; ++i)vv[i].resize(i + 1, 1);// 给杨慧三角除第一列和对角线的所有元素赋值for (int i = 2; i < 5; ++i){for (int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i - 1][j] + vv[i - 1][j - 1];}}return 0;
}

vector<vector<int>> vv(n); 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：  

vv中元素填充完成之后，如下图所示：