C++初阶（vector容器+模拟实现）
迭代器
四种迭代器
容器类名::iterator 迭代器名;//正向迭代器
容器类名::const_iterator 迭代器名;//常量正向迭代器，const修饰，只能用于读取容器内的元素，不能改变其值
容器类名::reverse_iterator 迭代器名;//反向迭代器
容器类名::const_reverse_iterator 迭代器名;//常量反向迭代器，const修饰，只能用于读取容器内的元素，不能改变其值
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
C++为每种容器类型定义了一种名为const_iterator的类型，该类型只能用于读取容器内的元素，但不能改变其值。
对const_iterator类型解引用，得到的是一个指向const对象的引用。
for (vector<string>::const_iterator iter = text.begin(); iter != text.end(); ++ iter){
cout << *iter << endl; //ok: print each element in text
*iter = " "; // error: *iter is const
}
const_iterator可以用于const或者非const容器（因为不能修改对象的值），但是const的iterator只能用于非const容器（只能修改唯一指向的值）。
const vector<int> nines(10, 9); // cannot change elements in nines
// error: cit2 could change the element it refers to and nines is const
const vector<int>::iterator cit2 = nines.begin();
// ok: it can't change an element value, so it can be used with a const vector<int>
vector<int>::const_iterator it = nines.begin();
*it = 10; // error: *it is const
++it; // ok: it isn't const so we can change its value
通过迭代器可以读取它指向的元素，迭代器名就表示迭代器指向的元素。通过非常量迭代器还能修改其指向的元素。
迭代器都可以进行++操作。反向迭代器和正向迭代器的区别在于：
- 对正向迭代器进行
++操作时，迭代器会指向容器中的后一个元素； - 而对反向迭代器进行
++操作时，迭代器会指向容器中的前一个元素。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v; //v是存放int类型变量的可变长数组，开始时没有元素
for (int n = 0; n<5; ++n)
v.push_back(n); //push_back成员函数在vector容器尾部添加一个元素
vector<int>::iterator i; //定义正向迭代器
for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i) { //用迭代器遍历容器
cout << *i << " "; //*i 就是迭代器i指向的元素
*i *= 2; //每个元素变为原来的2倍
}
cout << endl;
//用反向迭代器遍历容器
for (vector<int>::reverse_iterator j = v.rbegin(); j != v.rend(); ++j)
cout << *j << " ";
return 0;
}
begin 成员函数返回指向容器中第一个元素的迭代器iterator
end 成员函数返回的不是指向最后一个元素的迭代器，而是指向最后一个元素后面的位置的迭代器
rbegin 成员函数返回指向容器中最后一个元素的迭代器reverse_iterator
rend 成员函数返回指向容器中第一个元素前面的位置的迭代器
vector介绍
vector的本质其实是一个顺序表的结构，也可以说是数组存储，与顺序表的结构很相似，vector的接口更为完善。
vector容器是一个单口的容器，从头部或者中间插入元素需要向后移动大量元素，是不是和栈很相似啊。
概述
vector容器
- 数据结构：连续存储空间
- 迭代器：随机迭代器，提供读写操作，并能在数据中随机移
- vector容器动态增长原理：
- 当存储空间不够的时候，会另外开辟一块更大的空间，把数据拷贝过去，然后销毁原来的空间
- 申请的空间，会比用户需求大一点
- 重新分配空间，那么原来的迭代器就会失效（）
- 常用的API
- 构造和析构
- 赋值操作
- 容器大小操作
- 数据存取
- 插入和删除
- 常用API中的注意事项
- resize开辟空间，并初始化。reserve开辟空间，但不初始化，没有初始化的空间不能访问
- reserve：如果容器要存储大量数据的时候，要先开辟空间，避免多次申请空间
- swap：缩小容器的容量
vector中常用的接口
vector的构造和析构函数
vector<T> v;//采用模板类实现，默认构造函数，无参构造的话，容器一开始是空的
vector(size_type n, const value_type& val = value_type())//有参构造用n个val构造并初始化容器
vector(const vector& vec);//拷贝构造函数
vector (v.begin(), v.end());//使用迭代器初始化，将v[begin(),end()]迭代器区间中的元素拷贝给本身
void TestVector()
{
vector<int> v1;// 无参构造
vector<int> v2(4, 100);// 有参构造
vector<int> v3(v2); // 拷贝构造
vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());// 使用迭代器进行初始化
}
vector三种遍历方式
- for+operator[]访问遍历（在vector模板类中重写了[]）
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 三种遍历方式
// 1.通过[]的方式遍历
for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
2.迭代器
// 2.迭代器方式遍历
// 和string类一样，有四种迭代器
// iterator const_iterator reverse_iterator const_reverse_iterator
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//正向迭代器iterator,指向容器中的第一个元素
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
//反向迭代器reverse_iterator，指向容器中的最后一个元素
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
++rit;
}
cout << endl;
3.范围for
//3.范围for 会被编译器替换成迭代器的方式遍历
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector赋值操作
assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。
vector&operator=(const vector&vec)//重载等号操作符
swap(vec);// 将vec与本身的元素互换。
vector<int> v;
v.assign(10, 6);
vector<int> v2;
v2.push_back(1);
v2.push_back(2);
v2.push_back(3);
printVector(v);
printVector(v2);
cout << "-----------------------------" << endl;
v.swap(v2);//交换v和v2的数据
vector增删改查
insert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素ele
push_back(ele);//尾部插入元素ele
pop_back();//删除最后一个元素
erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素
erase(const_iterator pos);//删除迭代器指向的元素
clear();//删除容器中所有元素
vector<int> v;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
v.push_back(i);
}
printVector(v);
v.insert(v.begin() + 1, 100);
v.pop_back();
v.erase(v. begin());
v.erase(v.begin() + 1, v.end() - 1);
v.clear();
vecto容器大小操作
size();//返回容器中元素的个数
empty();//判断容器是否为空
resize(int num);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(int num, elem);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
capacity();//容器的容量
reserve(int len);//容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。
//resize(int num)开辟空间并且初始化空间里面的值
//reserve(int len)开辟空间但是不会初始化空间内的值
vector<int> v;
vector<int> v2;
v2.push_back(1);
v2.push_back(2);
v2.push_back(3);
cout << v2.size() << endl;
v2.resize(5);//多余的位置初始化为0
v2.resize(2);//多余的元素被删除
v2.reserve(20);//开辟了20个空间，但是不会初始化，没初始化的空间不能被访问
v2.push_back(20);
//reserve的作用，当vector需要大量的空间的时候，需要用到reserve
//预开辟空间
void test0()
{
vector<int> v;
v.reserve(10000000);
int* p = NULL;
int num = 0;
//当vector容器的容量不够的时候，vector会自动的开辟更大的空间
for (int i = 0; i < 10000000; i++)
{
v.push_back(i);
if (p != &v[0])
{
//统计开辟空间的次数
p = &v[0];
num++;
}
}
cout << num << endl;
}
vector迭代器失效的原因
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)
两种情况：
1.空间扩容
void TestVector6()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
v.push_back(6);
v.push_back(7); // 迭代器失效，底层就是一个指针，尾插如数据是，因为扩容会导致空间会发生变化，指针指向的旧空间会被销毁，所以迭代器失效
while (it != v.end())
{
cout << *it << " ";
++it;
}
cout << endl;
}
扩容导致空间发生了变化，但是指针的指向没有改变，如果我们此时再去访问就相当于野指针的解引用了，编译器会报错。所以要及时更新迭代器的值就好了。
2.erase
void TestVector6()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
v.erase(it);// 迭代器失效，因为删除会导致后面的数据往前挪动，此时迭代器会错过一个数据，编译器检测就会报错
++it;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
程序崩了，删除会导致后面的数据往前挪动，理论上不会失效，但是编译器检测就会报错，这里的失效是指迭代器的位置不对了。
如何修改呢？
void TestVector6()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
if (*it % 2 == 0)
it = v.erase(it);// 给迭代器重新赋值
else
++it;
}
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果如下:
总结： 使用迭代器前记得对迭代器赋值，可以避免迭代器失效的问题产生。
vector模拟实现
vector框架
template<class T>
class vector
{
public:
private:
iterator start;// 起始位置的指针
iterator finish;// start+size
iterator endofstorage;// start+capacity
};
构造函数和析构函数
先实现一个无参构造，对三个成员进行初始化
vector():start(nullptr),finish(nullptr),endofstorage(nullptr)
{}
实现一个析构函数，释放堆区空间，指针置空
~vector()
{
delete[] start;
start = nullptr;
finish = nullptr;
endofstorage = nullptr;
}
迭代器和operator[]实现
我们首先要定义迭代器的类型，在vector中，迭代器其实就是一个原生指针T*。所以我们这样定义：
typedef T* iterator;
typedef const T* const_iterator;
下面是STL中vector的源码定义：
1.普通迭代器 iterator
//begin()
iterator begin()
{
return start;
}
//end()
iterator end()
{
return finish;
}
2.const迭代器 const_iterator
//const迭代器
const_iterator begin()
{
return start;
}
const_iterator end()
{
return finish;
}
T& operator[](const size_t i) const
{
return start[i];
}
3.operator[]
T& operator[](const size_t i) const
{
return start[i];
}
vector中的增删改查
1.reserve 预留空间，要考虑增容问题(拷贝数据不用memcpy，因为memcpy进行的是浅拷贝，对自定义类型处理会有问题，后面还会详细介绍)
void reserve(size_t n)
{
int sz = size();
if (n > capacity())
{
T* tmp = new T[n];
if (start)
{
//memcpy(tmp, _start, sizeof(T) * sz);// 浅拷贝，对于自定义类型会出错，string类
//赋值，对于string类就是赋值重载，也就是深拷贝
for (size_t i = 0; i < size(); i++)
{
tmp[i] = this->start[i];
}
}
delete[] this->start;
this->start = tmp;
this->finish = start + sz;
this->endofstorage = start + n;
}
}
2.push_back 尾插要考虑增容，增容都可以复用reserve函数
void push_back(T x)
{
if (finish == endofstorage)
{
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
}
*finish = x;
++finish;
}
3.尾删 注意要加一个assert(_finish > _start);确保不删空
void pop_back()
{
assert(finish > start);
--finish;
}
4.insert 在pos位置插入一个元素
void insert(iterator pos, const T& x)
{
assert(pos <= end());
if (finish == endofstorage)
{
//算出原先差距，以免迭代器失效带来一些问题
int gap = end() - pos;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
pos = end() + gap;
}
//所有元素后移
iterator end = finish;
while (pos < end)
{
*end = *(end - 1);
--end;
}
*pos = x;
++finish;
}
5.erase 删除pos位置的元素
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < finish && pos >= start);
iterator _start = pos;
while (_start + 1 < finish)
{
//所有元素前移
*_start = *(_start + 1);
++_start;
}
--finish;
return pos;
}
总结： 这里要注意的是插入数据要考虑增容问题，增容我们可以封装为一个reserve这个函数处理。
vector的容量问题
1.size
size_t size()const
{
return finish - start;
}
2.capacity
size_t capacity()const
{
return endofstorage + start;
}
3.empty
bool empty()
{
return size() == 0;
}
4.resize 改变size的大小，缺省值给T()，这个是根据不同类型给缺省值
//默认参数， T()是T类型的缺省值，具体是什么也不清楚
void resize(size_t n, const T& val = T())
{
size_t sz = size();
if (n < sz)
{
finish = start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
iterator end = finish;
while (end < start + n)
{
*end = val;
++end;
}
finish = start + n;
}
}
vector的拷贝构造函数和operator=
1.swap 加一个域限定符::表示调用std里面的swap函数
void swap(vector<T>& v)
{
::swap(start, v.start);
::swap(finish, v.finish);
::swap(endofstorage, v.endofstorage);
}
2.拷贝构造函数
写法1：
vector(const vector<T>& v)
:start(nullptr)
,finish(nullptr)
,endofstorage(nullptr)
{
reserve(v.capacity());
for (auto e : v)
push_back(e);
}
写法2：
vector(const vector<T>& v)
{
start = new T[v.capacity()];
finish = start + v.size();
endofstorage = start + v.capacity();
//memcpy(start, v._start, sizeof(T) * v.size());
for (size_t i = 0; i < size(); ++i)
{
start[i] =v. start[i];
}
}
3.operator= 复用swap函数，代码更简洁
vector<T>& operator=(vector<T> v)
{
swap(v);
return *this;
}
memcpy拷贝问题
- 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
- 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。
总结： 想什么的拷贝构造函数和reserve函数里面都不要使用memcpy进行拷贝，因为这些都是字节序的拷贝，是浅拷贝，对于内置类型不会出问题，但是对于自定义类型会出现问题。
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