vector

0. vector的介绍

vector是用数组实现的、可变长度的顺序容器，本质是一种类模板。

template < class T, // 元素类型class Alloc = allocator<T> > // 空间配置器类型class vector; // 类模板声明

1. vector的接口

1.1 默认成员函数

接口声明	解释
`vector()`	默认构造
`vecotr(size_type n, const_value_type& val=value_type())`	填充构造，填充n个元素
`vector(InputIter first, InputIter last)`	范围构造，迭代器区间初始化
`vector(const vector& v)`	拷贝构造
`vector& operator=(const vector& x)`	赋值重载

1.2 容量操作

容量操作	解释
`size_type size()`	元素个数
`size_type capacity()`	容量大小
`size_type max_size()`	最大能存储的元素个数（无意义）
`void resize(size_type n, value_type val = value_type());`	增减有效元素个数

v.reserve(100);   // 扩容到100
v.resize(100, 1); // 有效元素个数变为100,新增元素初始化为1
v.resize(10);     // 有效元素个数变为10

由图可知，vs下vector按1.5倍增容。

1.3 访问操作

接口声明	解释
`reference operator[](size_type n)`	返回下标位置的引用
`const_reference operator[] (size_type n) const`
`reference at(size_type n)`
`const_reference at (size_type n) const`

[]重载和at的区别是，[]越界会断言报错，at是抛异常。

迭代器接口	解释
`begin`	起始位置的迭代器
`end`	末尾元素的下一个位置的迭代器
`rbegin`	反向起始位置的迭代器
`rend`	反向末尾元素的下一个位置的迭代器
`cbegin`,`cend`	begin 和 end 的 const 版本

[]重载就已经能方便的访问 vector，但并不意味着放弃迭代器。大部分容器都支持迭代器访问，且迭代器使用简单规范统一。

STL 中容器的迭代器区间都是采用 [first,last)[first,last)[first,last) 左闭右开的方式。

//[]
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {v1[i] += 1;
}//iterator
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end()) {cout << *it << " ";it++;
}for (auto e : v) {cout << e << " ";
}

1.4 修改操作

接口声明	解释
`void push_back (const value_type& val)`	尾插
`void pop_back()`	尾删
`iterator insert (iterator pos, const value_type& val)`	迭代器位置插入
`void insert (iterator pos, size_type n, const value_type& val);`	迭代器位置插入
`void insert (iterator pos, InputIter first, InputIter last)`	迭代器位置插入一段区间
`iterator erase (iterator pos)`	迭代器位置删除
`iterator erase (iterator first, iterator last)`	删除一段迭代器区间
`void assign (size_type n, const value_type& val)`	覆盖数据

v.insert(ret, 30);
v.insert(ret, 2, 30);
v.insert(ret, v2.begin(), v2.end());
v1.erase(pos);
v1.erase(v1.begin(), v1.end());

#include <algorithm>
// 查找接口
template <class InputIter, class T>InputIter find (InputIter first, InputIter last, const T& val);

2. vector的模拟实现

2.1 类的定义

template <class T, class Alloc = alloc>
class vector {public:typedef T* iterator;// ...
private:iterator start;iterator finish;ggggiterator end_of_storage;
}

这个结构和顺序表结构稍有不同，但本质是一样的。只是将容量和元素个数的变量用指向对应位置的迭代器代替。

class Seqlist {T* _a;            /* start */size_t _size;     /* finish - start */size_t _capacity; /* end_of_storage - start */
}

2.2 默认成员函数

//default constructor
vector(): _start(nullptr), _finish(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
{}
//fill constructor
vector(size_t n, const T& val = T()) // 引用临时对象可延长其声明周期: _start(nullptr), _finish(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
{resize(n, val);
}
//copy constructor
vector(const vector<T>& v): _start(nullptr), _finish(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
{_start = new T[v.capacity()];for (size_t i = 0; i < v.capacity(); i++){_start[i] = v._start[i];}_finish = _start + v.size();_end_of_storage = _start + v.capacity();
}

//range constructor
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) : _start(nullptr), _finish(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
{while (first != last) {push_back(*first++);}
}
//destructor
~vector()
{delete[] _start;_start = _finish = _end_of_storage = nullptr;
}// 现代写法
//copy constructor
vector(const vector<T>& v) : _start(nullptr), _finish(nullptr), _end_of_storage(nullptr)
{vector<T> tmp(v.begin(), v.end());swap(tmp);
}
//operator=
vector<T>& operator=(vector<T> v)  /* pass by value */
{swap(v);return *this;
}

从范围构造可以看出类模板中的函数也可以是函数模板。

迭代器的分类

函数模板的模板参数要传迭代器区间时，命名是有规定的，范围构造中的InputIterator就是一种指定的迭代器类型。因容器的结构各有不同，迭代器分为五种类型：

迭代器类型	名称	解释	适用容器
input/output_iterator	输入/输出迭代器	只读迭代器只能读取，只写迭代器可以写入该位置的值	无实际容器
forward_iterator	向前迭代器	只能向前移动（++），允许在迭代器位置进行读写	forward_list
bidirectional_iterator	双向迭代器	可以双向移动（++,––），允许在迭代器位置进行读写	list, map, set
random_access_iterator	随机迭代器	支持指针运算，可移动（++,––）任意跳转（+,–）读写(*)	deque,vector,string

可以看出，下方的迭代器类型是上方的父类，也就是说下方迭代器满足上方的所有要求。

划分出不同的迭代器类型，是为了限制传入的迭代器，因为其必须满足要求才能完成接下来的函数。

函数如果指明迭代器类型为InputIterator，意思是满足输入迭代器的要求的迭代器都可以作此参数。故此处我们可以传入任意的迭代器。

一般底层是数组连续空间的容器，例如 vector, string 等都是随机迭代器。

像双向链表这样的非连续空间的容器是双向迭代器。

2.3 容量接口

memcpy 浅拷贝问题

vector<string> v;
v.push_back("11111111111111");
v.push_back("11111111111111");
v.push_back("11111111111111");
v.push_back("11111111111111");
v.push_back("11111111111111"); // 增容浅拷贝

出现问题是因为正好数组需要增容。模拟实现的reserve函数使用memcpy将原空间的内容按字节拷贝至新空间。

若 vector 存储的是内置类型，则浅拷贝没问题。
若 vector 存储的是自定义类型，浅拷贝使得新旧变量指向同一块空间。深拷贝调用拷贝构造或者赋值重载。

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()) {T* tmp = new T[n];size_t oldSize = size();if (_start) {//memcpy(tmp, _start, size() * sizeof(T)); // errfor (int i = 0; i < size(); i++) {tmp[i] = _start[i];//_start指向的空间存任意类型都能完成深拷贝}delete[] _sta rt;}_start = tmp;_finish = _start + oldSize;_end_of_storage = _start + n;}
}

void resize(size_t n, T val = T())
{if (n > size()){reserve(n);while (_finish != _start + n){*_finish = val;++_finish;}}else{_finish = _start + n;}
}

2.4 修改接口

iterator insert(iterator pos, const T& val)
{assert(_start <= pos && pos <= _finish); // 检查pos位置是否合法// 增容if (_finish == _end_of_storage) {size_t sz = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2); //增容会导致迭代器失效，迭代器位置陈旧pos = _start + sz; //增容后更新pos}// 后移 [pos,_finish)for (iterator end = _finish; end > pos; --end){*end = *(end - 1);}// 插入*pos = val;++_finish;return pos; //返回迭代器最新位置
}

增容改变_start，但迭代器pos并没有跟着改变，仍然指向原空间，也就是迭代器失效。
迭代器pos实参并没有改变仍然指向错误位置，故函数返回更新的pos。

iterator erase(iterator pos)
{assert(_start <= pos && pos < _finish);for (iterator begin = pos + 1; begin < _finish; begin++){*(begin - 1) = *begin;}_finish--;return pos; //返回删除数据的下一个位置
}

erase 挪动数据后 pos 指向元素会发生变化，同样会导致迭代器失效。
返回删除数据的下一个位置，通过返回值更新迭代器。

3. vector的oj题

题目	题解
只出现一次的数字	【简洁明了】只出现一次的数字 I
杨辉三角	【简洁明了】cpp 杨辉三角
删除有序数组中的重复项	【双指针简单明了】数组去重
只出现一次的数字 II	【简单明了注释】只出现一次的数字
只出现一次的数字 III	【详细解析】只出现一次的数字系列 I II III
多数元素	【哈希排序投票】三种解法简洁明了
连续子数组的最大和	【动归】连续子数组的最大和
电话号码的字母组合	【注释解析回溯】电话号码字母组合

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