【C++进阶】深入STL之vector：构建高效C++程序的基石
【C++进阶】深入STL之vector：构建高效C++程序的基石
学习STL中的vector：开启C++容器之旅的前言
- 在C++的编程世界中，标准模板库（STL）无疑是每位开发者都需要熟练掌握的工具集。其中，vector作为STL中最常用的动态数组容器之一，以其灵活、高效和易用的特性，成为了众多C++程序员的首选。
vector容器允许我们存储任意数量的同类型元素，并且能够根据需要进行动态扩展。这种灵活性使得vector在处理大量数据时变得尤为高效，无论是在科学计算、图形处理、网络编程还是游戏开发等领域，我们都能看到vector的身影。 现在让我们一起踏上学习STL中vector的旅程吧！
📒1.vector类的基本概念
vector是C++标准模板库（STL）中的一个动态数组容器，它提供了对一段连续空间的动态管理功能。与普通的C++数组相比，vector具有许多优点，如可以动态调整大小、支持随机访问等。
vector类成员函数：
class string
{
private:
iterator _start;
iterator _finish;
iterator _end_of_storage;
};
📕2. vector类的常用操作
🌈vector类对象的常见构造
构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
vector() | 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); | 拷贝构造 |
vector (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
int main()
{
vector<int> v1; // 无参构造
vector<int> v2(10, 0); // 构造并初始化n个val
vector<int> v3(v2); // 拷贝构造
vector<int> v4(v2.begin(),v2.end()); // 使用迭代器进行初始化构造
return 0;
}关于 vector iterator 的使用
iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
begin +end | 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 |
其实vector的很多用法和string类似
🌞vector类对象的容量操作
容量空间 | 接口说明 |
|---|---|
size | 获取数据个数 |
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 |
int main()
{
vector<int> v(10, 0);
cout << v.size() << endl; // 获取数据个数
cout << v.capacity() << endl; // 获取容量大小
v.reserve(20); // 改变vector的capacity
cout << endl;
cout << "after reserve size: " << v.size() << endl;
cout << "after reserve capacity: " << v.capacity() << endl;
cout << endl;
v.resize(20); // 改变vector的size
cout << "after resize size: " << v.size() << endl;
cout << "after resize capacity: " << v.capacity() << endl;
cout << v.empty() << endl; // 判断是否为空
return 0;
}
注意：
- 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，不会影响size的大小，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，会影响size的大小
🌙vector类对象的增删查改
vector增删查改 | 接口说明 |
|---|---|
push_back | 尾插 |
pop_back | 尾删 |
insert | 在pos之前插入val |
erase | 删除pos位置的数据 |
swap | 交换两个vector的数据空间 |
operator[ ] | 像数组一样访问 |
注意：
find查找，这个是算法模块实现，不是vector的成员接口
代码示例：
int main()
{
vector<int> v1(1, 0);
v1.push_back(1); // 尾插
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(5); // 尾插后v1 : 0,1,2,3,5
v1.pop_back(); // 尾删后v1 : 0,1,2,3
cout << "v1: ";
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++) // 遍历vector数组
{
cout << v1[i] << " "; // operator[]随机访问
}
cout << endl;
vector<int> v2(10, 0);
cout << "v2: ";
for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
{
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
v1.swap(v2); // 交换v1,v2内容
cout << "after swap v1: ";
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<int>::iterator it = find(v1.begin(), v1.end(), 0); // 查找
cout << *it;
return 0;
}
注意：insert和erase在vector里面有点特殊，在vector上它使用的都是迭代器
erase往往和find搭配使用
vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9};
auto pos = find(v.begin(),v.end(),6);
v.erase(pos);
//删除一个区间
v.erase(v.begin() + 1,v.end() - 1);
用
insert头插一个0
vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9};
auto pos = v.begin();
v.insert(pos,0);📜3. vector类的模拟实现
🍁vector的成员变量
首先我们要先搞清楚 vector的成员变量，我们清楚 vector类在底层实际上也是指针，在模拟实现 vector之前，我们创建一个属于自己的命名空间来与库里面的区分
namespace pxt
{
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;
// 迭代器相关(迭代器主要就是找到头尾）
iterator begin()
{
return _start;
}
iterator end()
{
return _finish;
}
const_iterator begin() const
{
return _start;
}
const_iterator end() const
{
return _finish;
}
private:
// 成员变量
iterator _start; // 指向有效数据的头
iterator _finish; // 指向有效数据的尾
iterator _end_of_storage; // 指向最大空间的地方
};
}
🌸vector的构造函数
无参构造:
vector()
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{}带参的构造函数
vector(size_t n, const T& val = T())
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
reserve(n); // 开辟空间
for (size_t i = 0; i < n; i++)
{
push_back(val); // 给初始值赋值
// reserve，push_back的模拟实现下面会讲
}
}迭代器区间构造
为了实现不同类型迭代器的构造，这里需要再创建一个模板
template <class InputIterator> // 类似与STL
vector(InputIterator first, InputIterator last)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _end_of_storage(nullptr)
{
while (first != last)
{
push_back(*first);
++first;
}
}🌷vector的析构函数
析构函数比较简单，将空间释放，各个指针置为空
~vector()
{
delete[] _start;
_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}🌻vector的拷贝构造函数
vector(const vector<T>& v)
:_start(nullptr)
, _finish(nullptr)
, _endof_storage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (const auto& e : v)
{
push_back(e);
}
}🌼vector的运算符重载
void swap(vector<T> v)
{
std::swap(_start, v._start);
std::swap(_finish, v._finish);
std::swap(_end_of_storage, v._end_of_storage);
}
// 现代写法
vector<T>& operator=(vector<T> tmp)
{
swap(tmp);
return *this;
}🍂vector容量相关函数
跟容量有关的函数size，capacity，empty，resize，reverse,push_back
size_t size() const
{
return _finish - _start;
}
size_t capacity() const
{
return _endof_storage - _start;
}
bool empty() const
{
return _start == _finish;
}reverse
reverse只会改变capacity的大小，并不会改变size的大小
void reserve(size_t n)
{
if (n > capacity()) // n < capacity()时，则不需要作出反应
{
size_t sz = size(); // 先保存以下size的值
T* tmp = new T[n]; // 开辟空间
if (_start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T)*sz);
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + n;
}
}resize
resize不仅会改变size大小，也会改变capacity大小
void resize(size_t n, const T& val = T()) // val=T()用了匿名对象
{
if (n > capacity())
{
reserve(n); // 开辟额外空间
}
if (n > size())
{
// 初始化填值
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
else
{
_finish = _start + n;
}
}注意：C++将内置类型特殊处理过，int/char等等都被升级为了类，所以可以使用int()表示匿名对象
int main()
{
cout << int() << endl; // int的缺省值为0，所以输出 0
return 0;
}push_back
void push_back(const T& x)
{
if(_finish == _end_of_storage)
{
size_t sz = size();
size_t cp = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;
T* tmp = new <T>(cp);
if(_start)
{
// memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
tmp[i] = _start[i];
}
delete[] _start;
}
_start = tmp;
_finish = _start + sz;
_end_of_storage = _start + cp;
}
*_finish = x;
_finish++;
}当探索并深入了解了STL中的vector容器后，我们不禁感叹其强大的功能和灵活性。随着对vector的学习和使用，我们逐渐理解到，一个高效的C++程序不仅仅是代码的堆砌，更是对数据结构、算法和STL等标准库深刻理解的体现。vector的迭代器、容量管理、元素访问以及算法支持等功能，都是我们在日常编程中不可或缺的工具
📖4. 总结
学习vector仅仅是开始。STL（Standard Template Library）还提供了诸如list、set、map等其他强大的容器，每个都有其独特的特点和适用场景。因此，鼓励大家继续深入学习STL，探索其背后的设计理念和实现原理。通过不断实践，我们不仅能够提高编程效率，还能够培养出更加优雅、健壮的代码风格。最后，我想说的是，学习是一个永无止境的过程。无论是STL还是其他任何技术，都值得我们不断学习和探索。让我们保持对知识的渴望和好奇心，不断前行，在编程的道路上越走越远 谢谢大家支持本篇到这里就结束了，祝大家天天开心！
腾讯云开发者
