【C++入门】STL容器--vector底层数据结构剖析

 

目录

 前言

 1. vector的使用

      vector的构造

 vector迭代器

 vector空间相关的接口

 vector 功能型接口

 find

 swap

 insert

 erase

2. vector内部数据结构剖析

reserve

 push_back和pop_back

size、capacity、empty、operator[ ]；

 insert和erase

resize

swap

 拷贝构造和赋值重载

构造函数补充

 迭代器区间构造

指定数值个数构造

总结

前言

         vector在C++中非常重要的容器，在刷题中也经常使用，它是一个动态的数组，提供了快速的随机访问和在尾部的插入和删除操作。vector的底层实现也是非常优秀的数据结构，值得我们去学习鉴赏，使用STL我们需要做到三个境界：能用，明理，能扩展；所以了解它的基本底层原理也是非常有必要的。

在这里插入图片描述

 1. vector的使用

      vector的构造

 常见的构造方式：

vector<int> v1;
vector<int> v2(10,1); // 使用10个1进行初始化
vector<int> v3(v2);

 迭代器区间构造：

vector<int> v = { 1,2,3,4,5 };
vector<int> vv(v.begin(),v.end());

 除此之外我们还可以传变量：

vector<int> v(n + m, 0);//开一个数组大小为n+m初始化为0

 这样写也是可以的，在一些刷题常见可能会遇到。

 vector迭代器

 

 vector和string迭代器的使用方法相同

vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
vector<int>::iterator it = v.begin();
while(it!=vv.end())
{cout<<*it;it++;
}

 vector空间相关的接口

 这些接口的功能与使用和string的很相似，不做过多的介绍。

  • 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。
  • resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

 vector 功能型接口

 这里着重介绍一下find和swap

 find

 find属于算法库里的内容在头文件 algorithm 中

 函数返回时返回的也是迭代器类型

template<class InputIterator, class T>InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
{while (first!=last) {if (*first==val) return first;++first;}return last;
}

 使用样例：

vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9};
auto pos = find(v.begin(),v.end(),5);
cout<<*pos;
 swap

 细心的朋友可能会发现，vector、string中都有一个swap接口，它和算法库里的swap还有些不一样：

vector：

 算法库：

算法库里的swap要传两个参数，vector里只用传一个参数；并且它们的交换方式也有所不同；

 算法库中的交换就是简单的数值交换

template <class T> 
void swap ( T& a, T& b )
{T c(a); a=b; b=c;
}

 vector和string中的swap通过交换指针指向来实现交换的；

在调用vector的swap时，其实还存在一个this指针作为参数，交换指针指向的内容。

vector<int> v1 = {1, 2, 3};
vector<int> v2 = {4, 5, 6};v1.swap(v2);
 insert
vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9};
auto pos = find(v.begin(),v.end(),5);
v.insert(pos,10); // 在5前边插入10
 erase
vector<int> v{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10};
auto pos = find(v.begin(),v.end(),10);
vv.erase(pos);
//删除一个区间
v.erase(v.begin()+2,v.end()-2);

2. vector内部数据结构剖析

vector的底层本质就是一个动态顺序表，然而它的设计方式又与我们之前的顺序表又有所不同：

template<class T>
class vector
{
public:typedef T* iterator;typedef const T* const_iterator;private:// 给缺省值，避免每个构造函数都要写初始化列表iterator _start = nullptr;iterator _finish = nullptr;iterator _endofstorage = nullptr;
}

 它的底层是通过三个指针来控制的

 这样的设计也是为了迭代器的适配，有了这样的适配，在STL容器中，迭代器的使用都基本相同，也是为了去除不同容器在使用迭代器时的差异。

 模拟封装一个vector的类，首先我们要先实现它的构造函数和析构函数：

vector() // 注意：这里虽然什么都没有但是不能删，因为我们写的有构造函数// 编译器不会生产默认构造，如果删除无参构造时就会报错
{}~vector()
{if (_start){delete[] _start;//析构时要将所有的指针变量置为NULL_start = _finish = _endofstorage = nullptr;}
}

 构造函数用于初始化

reserve

 刚开始就要遇到一个大难题，迭代器失效的问题；

        reserve的主要功能就是开空间，而开空间时就可能会遇到空间转移的情况（开辟一块新的空间，将原空间的内容拷贝过去）；空间一旦转移，就会导致原先的指针失效——迭代器失效。所以我们要先记录一下原空间的一些数据。

第二个问题，浅拷贝的问题：

        将数据拷贝到新的空间看似很简单，但是它存在浅拷贝的问题，在只用内置类型时不会出问题，一旦遇到涉及动态内存管理的自定义类型就直接会挂；

 memcpy将所有的数据都拷贝过去，这会导致更深一层的浅拷贝问题，两个_str指向同一块空间，原空间交换后就会被销毁，字符串也会被销毁，new的新空间中的_str就会是一个野指针。

所以看似简单的拷贝使用memcpy直接拷贝不行；

        可以使用一个更为直接的方式，就是直接赋值（利用自定义类型的operator=）.

void reserve(size_t n)
{if (n > capacity()){//考虑到交换后地址空间转移，需要提前记录旧空间的数据大小size_t old = size();T* tmp = new T[n];if (_start){// 自定义类型会造成迭代器失效的问题例如：string// memcpy(tmp, _start, n * sizeof(T)); // 这个属于浅拷贝for (int i = 0; i < old; i++){tmp[i] = _start[i];}delete[] _start;}_start = tmp;_finish = _start + old;_endofstorage = _start + n;}
}

 push_back和pop_back

 有了reserve，尾插和尾删就简单多了：

void push_back(const T& x)
{if (_finish == _endofstorage){size_t newcapacity = capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2;reserve(newcapacity);}*_finish = x;_finish++;
}void pop_back()
{assert(size() > 0);--_finish;
}

size、capacity、empty、operator[ ]；

size_t size() const
{return _finish - _start;
}size_t capacity() const
{return _endofstorage - _start;
}bool empty() const
{return (size()==0);
}T& operator[] (size_t pos)
{assert(size() > pos);return _start[pos];
}const T& operator[](size_t pos) const
{assert(pos < size());return _start[pos];
}

 insert和erase

         插入和删除操作，依然存在着迭代器失效的问题，删除和插入操作可能面临缩容和扩容问题，这都会导致操作后的pos与原先的pos数据不同导致迭代器失效（有些编译器会进行检查，认为erase之后的迭代器失效）；insert 和 erase 之后形参pos都可能会失效，insert和erase之后的迭代器不要使用

iterator insert(iterator pos, const T& x)
{assert(pos >= _start && pos <= _finish);if (_finish == _endofstorage){size_t len = pos - _start;reserve(capacity() == 0 ? 4 : capacity() * 2);pos = _start + len;}//memmove(pos + 1, pos, sizeof(T) * (_finish - pos));iterator end = _finish - 1;while (end >= pos){*(end + 1) = *end;--end;}*pos = x;++_finish;return pos;
}iterator erase(iterator pos)
{assert(pos >= _start);assert(pos < _finish);iterator it = pos + 1;while (it < _finish){*(it - 1) = *it;it++;}_finish--;return pos;
}

为了避免操作后的pos数据丢失，所以返回类型最好是迭代器类型（也就是指针，连续存储的空间可以被视为是一个天然的迭代器）；

resize

resize的主要作用是改变容器中元素的数量(size为有效元素个数，capacity为容量）

 三种情况：

  • n > size ，n<capacity   

resize的参数值大于当前容器中size的大小，小于capacity，会在容器末尾插入新的元素，不进行扩容（插入的元素可指定，也可以默认使用默认构造）

  • n > capacity 

 resize的参数值大于当前容器的capacity大小，进行扩容，并插入新的元素

  • n < size

resize的参数值小于当前容器的size大小，那么会删除多余的元素

 它又可以分为两种情况，有删除操作和无删除操作；

// T()为匿名构造
void resize(size_t n, T val = T())
{if (n > size()){// 扩容时会判断传值是否大于它的容量reserve(n);// 插入新的数据while (_finish < _start + n){*_finish = val;_finish++;}}else{_finish = _start + n;}
}

不管自定义类型还是内置类型匿名构造会调用它的默认构造函数（在C++中认为内置类型也有默认构造函数）

int i; // 默认初始化为0
double d; // 默认初始化为0.0
char c; // 默认初始化为'\0'
bool b; // 默认初始化为false
int* ptr; // 默认初始化为nullptr

swap

swap可以直接使用std里的swap进行封装：

void swap(vector<T>& v)
{std::swap(_start, v._start);std::swap(_finish, v._finish);std::swap(_endofstorage, v._endofstorage);
}

 拷贝构造和赋值重载

 在学习时，我们使用的都是传统的写法，每次都是开空间然后将数据拷贝过去，这样其实很烦，于是小编上网查阅了一些资料，看到别人的代码，偷学来了一种新的写法，简单便捷；

在这里分享给大家：

 我们可以利用我们实现的一些接口来帮我们做，简单便捷；

vector(const vector<T>& v)
{reserve(v.capacity());for (const auto& e : v){push_back(e);}
}vector<T>& operator=(vector<T> v)
{swap(v);return *this;
}

 最为精妙的莫过于operator=；之前我们写赋值运算符重载要写一大堆，这里只需要两行就可以完成；

什么原理？

 如上图，v1有数据，v2没有数据，现在将v1的值赋值给v2，调用赋值运算符重载（operator=）；

注意这里是传值调用，传值调用会调用拷贝构造，创建一个临时变量（也就是图上的v）;

调用swap函数，交换两个指针指向的内容；

函数执行结束，临时对象v就会连同v的内容一同被销毁；

这样的设计堪称精妙，值得我们学习和鉴赏；

构造函数补充

构造函数我们只实现了一个，构造函数还有迭代器区间构造，指定数值个数构造

 迭代器区间构造

在此之前我们要先来把我们实现的vector迭代器接口实现，方便遍历：

iterator begin()
{return _start;
}iterator end()
{return _finish;
}
const_iterator begin() const
{return _start;
}const_iterator end() const
{return _finish;
}

         这里我们可以使用模板，传进来的迭代器的类型我们未知，可能是int类型、string类型、double类型...

template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last)
{while (first != last){push_back(*first);first++;}
}

 利用push_back接口进行数据插入；

指定数值个数构造
vector(size_t n, const T& val = T())
{resize(n, val);
}

 我们直接调用resize来帮我做；但是这样存在缺陷，我们用10个0进行初始化就会报错；为什么？

        模板调用时，一定是选择最合适的，两个参数都是int类型，他会调用迭代器的那个函数模板（模板的两个参数类型相同），不会走vector(size_t n, const T& value = T())这个构造方法，到了*first，就会报错，一个int类型如何解引用？

 解决办法也很简单在实现一个构造函数给int类型：

vector(int n, const T& val = T())
{reserve(n);for (int i = 0; i < n; i++){push_back(val);}
}

 

总结

        在本文中，我们深入探讨了STL容器中的vector，以及它的底层数据结构。vector的底层设计也是比较好的，值得每位初学者借鉴学习；以上便是本文全部内容，希望对你有所帮助，最后感谢阅读！

本文来自互联网用户投稿，该文观点仅代表作者本人，不代表本站立场。本站仅提供信息存储空间服务，不拥有所有权，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处：http://www.hqwc.cn/news/418015.html

如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请联系编程知识网进行投诉反馈email:809451989@qq.com，一经查实，立即删除！

相关文章

Rust - 初识结构体

Rust - 初识结构体

struct&#xff0c;或者 structure&#xff0c;是一个自定义数据类型&#xff0c;允许命名和包装多个相关的值&#xff0c;从而形成一个有意义的组合。如果你熟悉一门面向对象语言&#xff0c;struct 就像对象中的数据属性。 定义并实例化结构体 结构体和之前介绍过的元组类似…
阅读更多...
介绍几个免费的国内chatgpt网站

介绍几个免费的国内chatgpt网站

概述&#xff1a;水点文章。 第一&#xff1a;chataa网站 chataa (chat778.com) 进去之后注册一下&#xff0c;即可免费使用。 第二&#xff1a;AlchatOS网站 AIchatOS 第三&#xff1a;ChatGPT在线聊天 ChatGPT在线聊天 (zxf7460.cn) 第四&#xff1a;说我真帅&#xff0…
阅读更多...
Element-UI 多个el-upload组件自定义上传，不用上传url，并且携带自定义传参（文件序号）

Element-UI 多个el-upload组件自定义上传，不用上传url，并且携带自定义传参（文件序号）

1. 需求&#xff1a; 有多个&#xff08;不确定具体数量&#xff09;的upload组件&#xff0c;每个都需要单独上传获取文件&#xff08;JS File类型&#xff09;&#xff0c;不需要action上传到指定url&#xff0c;自定义上传动作和http操作。而且因为不确定组件数量&#xff0…
阅读更多...
MongoDB之索引

MongoDB之索引

常用命令 查看表的索引 db.<table>.getIndexes() 查看表索引的大小 db.<table>.totalIndexSize() 重建索引 db.<table>.reIndex() 删除索引 db.COLLECTION_NAME.dropIndex("INDEX-NAME") db.COLLECTION_NAME.dropIndexes() _id 索引无法删…
阅读更多...
C++——函数的调用

C++——函数的调用

1&#xff0c;函数功能的调用 功能&#xff1a;使用定义好的函数 语法&#xff1a;函数名&#xff08;参数&#xff09; 示例&#xff1a; #include<bits/stdc.h> using namespace std; //定义加法函数 int add(int num1,int num2){int sumnum1num2;return sum; …
阅读更多...
ECTouch 电商微信小程序 SQL注入漏洞复现（CVE-2023-39560）

ECTouch 电商微信小程序 SQL注入漏洞复现（CVE-2023-39560）

0x01 产品简介 ECTouch是一款开源的电商系统，为中小企业提供最佳的新零售解决方案 0x02 漏洞概述 ECTouch 电商系统 /ectouch-main/include/apps/default/helpers/insert.php 文件中第285行的 insert_bought_notes 函数中，传入的 $arr[id] 参数未进行验证和过滤，导致未经…
阅读更多...
JavaWeb-Cookie与Session

JavaWeb-Cookie与Session

一、概念 是否还记得我们在HTTP概念中提到&#xff1a;HTTP的一大特点是无状态&#xff0c;这意味着多次HTTP请求之间是无法共享数据的。而在请求之间共享一些数据又是我们期望达到的效果。&#xff08;例如登录的记住我功能&#xff09;于是便有了会话跟踪技术&#xff0c;而…
阅读更多...
mysql 下载和安装和修改MYSQL8.0 数据库存储文件的路径

mysql 下载和安装和修改MYSQL8.0 数据库存储文件的路径

一、第一步:下载步骤 下载链接&#xff1a;MySQL :: Download MySQL Installer 选择版本8.0.35&#xff0c;社区版&#xff0c; 点击 Download 下载 安装包 二、第二步:安装步骤 添加环境变量&#xff0c;C:\Program Files\MySQL\MySQL Server 8.0\bin 可以点开MySQL 8.0 Co…
阅读更多...
基于python socket实现TCP/UDP通信

基于python socket实现TCP/UDP通信

两个应用程序如果需要进行通讯最基本的一个前提就是能够唯一的标示一个进程&#xff0c;我们知道IP层的ip地址可以唯一标示主机&#xff0c;而TCP层协议和端口号可以唯一标示主机的一个进程&#xff0c;这样我们可以利用ip地址&#xff0b;协议&#xff0b;端口号唯一标示网络中…
阅读更多...
【蓝桥杯EDA设计与开发】立创开源社区分享的关于蓝桥被EDA真题与仿真题的项目分析

【蓝桥杯EDA设计与开发】立创开源社区分享的关于蓝桥被EDA真题与仿真题的项目分析

立创开源社区内有几个项目分享了往年 EDA 设计题目与仿真题&#xff0c;对此展开了学习。 【本人非科班出身&#xff0c;以下对项目的学习仅在我的眼界范围内发表意见&#xff0c;如有错误&#xff0c;请指正。】 项目一 来源&#xff1a;第十四届蓝桥杯EDA赛模拟题一 - 嘉立…
阅读更多...
掌握使用CXF快速开发webservice服务和生成client端技能

掌握使用CXF快速开发webservice服务和生成client端技能

文章目录 前言1.安装和配置cxf环境2.创建一个通过maven管理的java项目并引入相关cxf依赖3.使用cxf提供的类编写webservice服务端并发布服务3.1 定义一个webservice服务接口HelloWorld3.2 编写HelloWorld实现类3.3 通过JaxWsServerFactoryBean发布webservice服务3.4 在浏览器中通…
阅读更多...
实用干货：最全的Loading动画合集网站！复制即用

实用干货：最全的Loading动画合集网站！复制即用

大家好&#xff0c;我是大澈&#xff01; 本文约1000字&#xff0c;整篇阅读大约需要2分钟。 感谢关注微信公众号&#xff1a;“程序员大澈”&#xff0c;免费领取"面试礼包"一份&#xff0c;然后免费加入问答群&#xff0c;从此让解决问题的你不再孤单&#xff01…
阅读更多...
推荐文章
最新文章

Copyright @ 2022~2023