【C++强基篇】学习C++就看这篇---＞STL之vector使用及实现
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目录
一、vector的介绍
二、vector的使用
✨2.1 vector的定义
✨2.2 vector iterator （迭代器）的使用
✨2.3 vector 空间增长问题
✨2.4 vector 修改
✨2.5 迭代器失效问题
三、vector的简单模拟实现
四、总结
前言：
上篇博客我们了解了STL中的string类，本篇博客我们继续对STL中的容器进行学习，这篇博客我们来了解vector，学习思路与string是一样的，第一步就是是什么怎么用，第二步就是我们能不能自己实现一个简单的vector（即为了了解它的底层原理），经过这两步的学习之后，应对绝大多数的场景已经足够使用。经过上篇博客string的学习，vector是相对比较轻松的，因为各种接口的使用和实现逻辑是相差不大的。希望大家有所收获！
一、vector的介绍
核心概念：动态数组
-
vector是 STL 中最常用、最基础的序列容器之一。 -
它本质上是一个动态数组。这意味着：
-
内存连续： 它的元素在内存中是连续存储的（就像普通数组一样）。这是它最核心的特性，带来了高效的随机访问能力。
-
动态大小： 它的大小（
size()）可以在运行时根据需要自动增长或缩减。你不需要像使用原生数组那样预先指定一个固定的大小，或者手动管理内存的重新分配。这是它相对于原生数组的最大优势。
-
-
它被定义在
-
它是一个类模板，你需要指定它要存储的元素类型：
#include
std::vector myIntVector; // 存储 int 的 vector
std::vector names; // 存储 string 的 vector
std::vector objects; // 存储自定义类 MyClass 对象的 vector 总结：
事实上vector就类似于我们数据结构中的顺序表，里面可以存放各种类型的数据，当然同一个vector中只能存放同种类型的数据，string就有点vector中存放字符的韵味，但是它们还是有差别的，例如 '\0'
二、vector的使用
类似于string，我们学习使用主要针对的就是，定义：构造（无参的有参的）、拷贝构造。修改：insert、erase、push_back、pop_back、resize、reserve、operator=。输出：operator[]。结束：析构。下面我们；来一一介绍。
✨2.1 vector的定义
| 构造函数声明 | 接口说明 |
|---|---|
vector()（重点） |
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)（重点） |
拷贝构造 |
vector(InputIterator first, InputIterator last) |
使用迭代器进行初始化构造 |
vector v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
vector v2(v1); ✨2.2 vector iterator （迭代器）的使用
| 接口名称 | 接口说明 |
|---|---|
begin + end（重点） |
begin：获取第一个数据位置的 iterator/const_iterator |
rbegin + rend |
rbegin：获取最后一个数据位置的 reverse_iterator |
//迭代器遍历方式
vector::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
cout << *it;
++it;
}
cout << endl; ✨2.3 vector 空间增长问题
| 接口名称 | 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（重点） |
改变 vector 的 size |
reserve（重点） |
改变 vector 的 capacity |
vector v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.resize(4);
v1.resize(6);
v1.resize(8, 2); 这里resize与reserve使用与string没有什么区别，唯一需要注意的就是这里提供了size与capacity的接口，这是因为vector底层私有变量仅有三个变量都是指针，没有像string那样直接提供size与capacity。
补充知识：
对于容量部分：
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。 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。
它们是各有利弊，像1.5倍是空间利用率高了但是效率相对于2倍是更低了。
✨2.4 vector 修改
| 接口名称 | 接口说明 |
|---|---|
push_back（重点） |
尾插 |
pop_back（重点） |
尾删 |
find |
查找（注意：这是算法模块实现的，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 的数据空间 |
operator[]（重点） |
像数组一样访问 |
vector v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.pop_back();
for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
{
cout << v1[i];
}
cout << endl; 注意vector没有提供find接口我们需要用到算法当中的find：
vector::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 2);//注意这个函数的返回值如果没找到会返回v1.end()即所给范围的最后一个 if (pos != v1.end()) { v1.erase(pos); }
✨2.5 迭代器失效问题
-
迭代器失效： 重要！ 以下操作会使指向 vector 元素的迭代器、指针和引用失效：
-
任何导致 reallocation 的操作（如
push_back导致容量不足时、resize增大超过容量、reserve小于当前容量等）。 -
在迭代器指向位置之前进行
insert或emplace。 -
对迭代器指向位置或其之后的元素进行
erase。 -
使用失效的迭代器等会导致未定义行为。务必小心操作后迭代器的有效性。
-
如：
情况1
vector::iterator it = v1.begin();
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);//push_back、insert、resize、reserve等只要涉及扩容都有可能导致迭代器失效的问题
while (it != v1.end())//这里就会遇到迭代器失效的问题，本质就是你迭代器已经给了it，但是你再插入数据，是不是就有可能
{ //导致扩容，一经扩容，原来的it所指向的空间还在吗？是不是不在了，你再访问当然就错了
cout << *it; //所以当使用迭代器的时候一定要在这之前将数据弄好
++it;
}
cout << endl; 情况2
//假如我们想删除上述数据中的偶数
vector::iterator it = v1.begin();
while (it != v1.end())
{
//if (*it % 2 == 0)//可以发现也是报错的，原因就在于，例如删除2时，后面的数据紧接着就往前移，但是我们下面就进行了++
// v1.erase(it);//那3还进行了检查吗？当然没有，如果这个也是个偶数，那就直接跳过去了，以此编译器直接检查了出来
//++it;
//else
// ++it;//这样写也是报错的，但是这样写在linux下是不会报错的，而且是正确的，但是一段代码总不能在windows是错误的
//在linux下是正确的吧，所以这种写法本质就是错误的
//所以错误的本质原因是迭代器失效：当调用 v1.erase(it) 删除元素时：
//被删除元素之后的所有元素会向前移动（内存位置改变）
//it 迭代器立即失效（指向无效内存）
//后续操作 ++it 或解引用* it 会导致未定义行为（程序崩溃或数据错误）
//逻辑错误：
//删除元素后，容器大小减小，但循环仍尝试递增已失效的迭代器
//若删除最后一个元素，it 会指向 end() 之后的位置，++it 将越界
if (*it % 2 == 0)
it = v1.erase(it);//使用 erase() 的返回值更新迭代器。erase(it) 返回指向被删除元素下一位置的有效迭代器。
else
++it;
} 简单学习之后大家可以通过以下几道题检验一下自己：
只出现一次的数字i
只出现一次的数字 II
只出现一次的数字 III
杨辉三角
三、vector的简单模拟实现
reserve和resize
void reserve(int n)
{
if (n > capacity())
{
size_t sz = size();//这里要注意为什么在这里给了个sz，因为如果下面再调用size()来获取大小，
T* temp = new T[n];//一旦_start变了，size()函数调用就会有问题，因为外面size本质就是通过两个指针相减来获取的
if (_start)
{
for (size_t i = 0; i < sz; ++i)
{
*(temp + i) = *(_start + i);
}
delete[] _start;
}
_start = temp;
_finish = _start + sz;
_endofstorage = _start + n;
}
}
void resize(size_t n, const T& val = T())//模板参数给缺省值就是这样给的
{
if (n < size())
{
_finish = _start + n;
}
else
{
if (n > capacity())
{
reserve(n);
}
while (_finish < _start + n)
{
*_finish = val;
++_finish;
}
}
}insert与erase
void insert(iterator pos, const T& n)
{
assert(pos <= _finish);
if (_finish == _endofstorage)
{
size_t npos = pos - _start;
size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 2 : 2 * capacity();
reserve(newcapacity);
pos = _start + npos;
}//这里会出现pos失效的问题，原因还是因为开辟了新的空间但是pos却没有进行更新
iterator end = _finish - 1;
while (pos <= end)
{
*(end + 1) = *end;
--end;
}
*pos = n;
++_finish;
}
iterator erase(iterator pos)
{
assert(pos < _finish);
T* it = pos;
while (it < _finish)
{
*it = *(it + 1);
++it;
}
--_finish;
return pos;
}需要格外注意我们之前string用了memcpy等一系列接口，但是要注意这些接口用是有一定代价的，非常容易导致错误。本质原因就在于，mem一系列的接口是按照字节进行操作的。
如：
int a[10]; memset(a, 0,sizeof(int)* 10); memset(a,1，sizeof(int)* 10); memset(a，2，sizeof(int)* 10);
对于第二个，我们希望它给我们设置成10个1，但是是吗？肯定不是因为按字节进行处理
00000001 00000001 00000001 00000001，这个数是不是一个很大的数，怎么可能是1？
注意小知识：
在C++中，类的成员函数可以访问该类的所有成员，包括私有成员（private），无论这些成员是属于哪个对象。也就是说，在`vector
::operator=`这个成员函数内部，不仅可以访问当前对象（即`this`所指的对象）的私有成员，也可以访问同类型其他对象（比如参数`v`）的私有成员。
更详细的请见本人代码库：
https://gitee.com/hanaobo/c-learningcode/tree/master/vector_simulate
四、总结
本篇博客我们了解学习了veector。 std::vector 是 C++ STL 中的动态顺序容器，内部以连续内存存储元素，支持随机访问、自动扩容。常用构造：无参、n 个 val、拷贝、迭代器区间。遍历可用迭代器（begin/end、rbegin/rend）或 operator[]。容量接口：size、capacity、empty、reserve（预分配）、resize（调 size）。修改接口：push_back / pop_back、insert / erase（配合迭代器使用）、swap。注意迭代器失效：扩容或 erase 后原迭代器可能悬空，erase 需接收返回值更新迭代器。模拟实现要点：三指针（_start、_finish、_endofstorage）；reserve 重新分配并拷贝旧数据；resize 按需填充或截断；insert 检查扩容并重置 pos；erase 移动元素并返回下一位置。
