C++ 【STL容器系列（一）】vector的使用

1.介绍

vector是STL中的容器之一（ STL(standard template libaray-标准模板库)：是C++标准库的重要组成部分，不仅是一个可复用的组件库，而且是一个包罗数据结构与算法的软件框架。），STL的容器有非常多，但是他们的使用都是一样了，所以在后续学习STL的时候，使用部分就不会再讲解了。

因为讲完vector的使用就等于讲了所有容器的使用方式（STL的容器有：vector，list，deque，map，set等等）

2. vector的使用

vector是代表数组的序列容器，并且可以改变数组大小。

vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

2.1 vector的定义

(Construct)构造函数	接口说明
vector()	无参构造
vector (size_type n, const value_type& val = value_type())	构造并且用n个val初始化
vector(const vector& x)（重点）	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last)	用迭代器来初始化构造
vector (initializer_list<value_type> il)	列表初始化构造（C++11引入）

为了方便观察，我们先定义一个打印函数，这个函数用范围for实现，这个函数会在后面讲解中频繁使用。

//使用模板来实现，因为vector本身也是一个模板类
template<class T>
void print_vector(const vector<T>& v)
{
//利用范围for来打印v
for (auto& e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}

测试代码：

void test_vector1()
{
vector<int> v1;// 无参构造
cout << "v1:";
print_vector(v1);

vector<int> v2(10, 1);// 用n个val初始化构造
cout << "v2:";
print_vector(v2);

vector<int> v3(v2);// 拷贝构造
cout << "v3:";
print_vector(v3);

vector<int> v4(v2.begin() + 2, v2.end() - 3);   // 迭代器构造
cout << "v4:";
print_vector(v4);

vector<int> v5{ 1,2,3,4,5 };// 列表构造
cout << "v5:";
print_vector(v5);
}

2.2 vector iterator 的使用

iterator的使用	接口说明
begin + end （重点）	begin：获取第一个元素位置的iterator / const_iterator；end：获取最后一个元素位置的iterator / const_iterator
rbegin + rend	rbegin：获取最后一个元素位置的reverse_iterator / const_reverse_iterator ；rend：获取第一个元素位置的reverse_iterator / const_reverse_iterator

测试代码：

void test_vector2()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5};

cout << "正着打印：";
for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
{
cout << *it << ' ';
}
cout << endl;

cout << "倒着打印：";
for (vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin(); rit != v.rend(); ++rit)
{
cout << *rit << ' ';
}
cout << endl;
}

2.3 vector 空间函数

容量空间	接口说明
size	获取元素个数
capacity	获取容量大小
empty	判断是否为空
resize	改变vector的size
reserve	改变vector的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，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。
• 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。

reserve的使用和string的reserve是一样的，在vs环境下只扩容不缩容

• resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

resize如果小于原来的size，会缩容，如果大于原来的size，会增加元素（如果给了增加的元素，多出来的空间会用给的元素填充，如果没给，那就要默认值填充）

测试代码：

void test_vector3()
{
vector<int> v1(10,1);
//cout << v1.max_size() << endl;
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl <<endl;

//reserve
v1.reserve(15);
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl << endl;

v1.reserve(12);
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl << endl;

v1.reserve(5);
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl << endl;

//resize
v1.resize(20);
cout << "v1.resize(20):";
print_vector(v1);
cout << endl;
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl << endl;

v1.resize(30,3);
cout << "v1.resize(30):";
print_vector(v1);
cout << endl;
cout << v1.size() << endl; 
cout << v1.capacity() << endl << endl;

v1.resize(5);
cout << "v1.resize(5):";
print_vector(v1);
cout << endl;
cout << v1.size() << endl;
cout << v1.capacity() << endl << endl;
}

2.4 vector的增删查改

vector的增删查改	接口说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
find	查找（注意：这个函数是算法模块实现，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
operator[]	像数组一样访问

所有需要指定位置的函数的位置参数只支持迭代器。

测试代码：

void test_vector4()
{
vector<int> v1(10, 1);

v1.push_back(2);
cout << "v1.push_back(2)" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.pop_back();
cout << "v1.pop_back()" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.insert(v1.begin(), 0);
cout << "v1.insert(v1.begin(), 0)" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.insert(v1.begin() + 3, 2, 3);
cout << "v1.insert(v1.begin() + 3, 2, 3)" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.erase(v1.begin());
cout << "v1.erase(v1.begin())" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.erase(v1.begin(), v1.end() - 5);
cout << "v1.erase(v1.begin(), v1.end() - 5)" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

v1.clear();
cout << "v1.clear()" << endl;
cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

vector<int>v2(3, 3);
v1.swap(v2);
cout <<"v1.swap(v2)" << endl;

cout << "v1:";
print_vector(v1);
cout << endl;

cout << "v2:";
print_vector(v2);
cout << endl;
}

2.5 vector 迭代器失效（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vector可能会导致迭代器失效的操作有：

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。

void test_vector5()
{
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;
}

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。

2. 指定位置元素的删除操作–erase

void test_vector6()
{
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iterator

vector<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
}

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。

3. 结语

vector的使用还是比较简单的，学会使用vector就相当于会使用STL的所有容器了。

那么这次的分享就到这里结束了~
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