C++初阶—vector介绍和使用
目录
1. vector的介绍
2. vector的使用
2.1 vector的定义
2.2 vector iterator 的使用
2.3 vector 空间增长问题
2.4 vector 增删查改
3. vector 迭代器失效问题。（重点）
4. vector 在OJ中的使用
1. 只出现一次的数字
2. 杨辉三角
3.删除有序数组中的重复项
4.只出现一次的数字 ||
5.只出现一次的数字 |||
6.数组中出现次数超过一半的数字
7. 电话号码和字母的结合
1. vector的介绍
vector文档介绍
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素 进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自 动处理。
- 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小 为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是 一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大 小。
- vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存 储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是 对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
- 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增 长。
- 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末 尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list 统一的迭代器和引用更好。
使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习
2. vector的使用
vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。
2.1 vector的定义
int TestVector1() {// constructors used in the same order as described above:vector<int> first; // empty vector of intsvector<int> second(4, 100); // four ints with value 100vector<int> third(second.begin(), second.end()); // iterating through secondvector<int> fourth(third); // a copy of third// 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:int myints[] = { 16,2,77,29 };vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));cout << "The contents of fifth are:";for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)cout << ' ' << *it;cout << '\\n';return 0; }2.2 vector iterator 的使用
begin+end (重点) 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
// vector的迭代器void PrintVector(const vector<int>& v) {// const对象使用const迭代器进行遍历打印vector<int>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl; }void TestVector2() {// 使用push_back插入4个数据vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);// 使用迭代器进行遍历打印vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;// 使用迭代器进行修改it = v.begin();while (it != v.end()){*it *= 2;++it;}// 使用反向迭代器进行遍历再打印// vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();auto rit = v.rbegin();while (rit != v.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}cout << endl;PrintVector(v); }2.3 vector 空间增长问题
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）
- 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，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。
// 测试vector的默认扩容机制 void TestVectorExpand() {size_t sz;vector<int> v;sz = v.capacity();cout << "making v grow:\\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\\n';}} } vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容 making foo grow : capacity changed : 1 capacity changed : 2 capacity changed : 3 capacity changed : 4 capacity changed : 6 capacity changed : 9 capacity changed : 13 capacity changed : 19 capacity changed : 28 capacity changed : 42 capacity changed : 63 capacity changed : 94 capacity changed : 141 g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容 making foo grow : capacity changed : 1 capacity changed : 2 capacity changed : 4 capacity changed : 8 capacity changed : 16 capacity changed : 32 capacity changed : 64 capacity changed : 128// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够 // 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了 void TestVectorExpandOP() {vector<int> v;size_t sz = v.capacity();v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容cout << "making bar grow:\\n";for (int i = 0; i < 100; ++i){v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\\n';}} }// vector的resize 和 reserve// reisze(size_t n, const T& data = T())// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容void TestVector3(){vector<int> v;// set some initial content:for (int i = 1; i < 10; i++)v.push_back(i);v.resize(5);v.resize(8, 100);v.resize(12);cout << "v contains:";for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)cout << ' ' << v[i];cout << '\\n';}2.4 vector 增删查改
vector增删查改 接口说明
push_back（重点） 尾插
pop_back （重点） 尾删
find 查找。（注意这个是算法模块实现，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的增删改查// 尾插和尾删：push_back/pop_backvoid TestVector4(){vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;}// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法void TestVector5(){// 使用列表方式初始化，C++11新语法vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入// 1. 先使用find查找3所在位置// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据v.erase(pos);it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;} // operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。void TestVector6(){vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 通过[]读写第0个位置。v[0] = 10;cout << v[0] << endl;// 1. 使用for+[]小标方式遍历for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;vector<int> swapv;swapv.swap(v);cout << "v data:";for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;// 2. 使用迭代器遍历cout << "swapv data:";auto it = swapv.begin();while (it != swapv.end()){cout << *it << " ";++it;}// 3. 使用范围for遍历for (auto x : v)cout << x << " ";cout << endl;}
3. vector 迭代器失效问题。（重点）
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)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：
1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、 push_back等。
#include <iostream> using namespace std; #include <vector> int main() {vector<int> v{ 1,2,3,4,5,6 };auto it = v.begin();// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容// v.resize(100, 8);// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变// v.reserve(100);// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放// v.insert(v.begin(), 0);// v.push_back(8);// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变v.assign(100, 8);/*出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新赋值即可。*/while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0; }2. 指定位置元素的删除操作--erase
#include <iostream> using namespace std; #include <vector> int main() {int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。v.erase(pos);cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问return 0; }erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代 器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是 没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效 了。
以下代码的功能是删除vector中所有的偶数，请问那个代码是正确的，为什么？
#include <iostream> using namespace std; #include <vector> int main() {vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0; } int main() {vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else++it;}return 0; }3. 注意：Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
// 1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了 int main() {vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;auto it = v.begin();cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效 v.reserve(100);cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0; } 程序输出： 1 2 3 4 5 扩容之前，vector的容量为: 5 扩容之后，vector的容量为 : 100 0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5 // 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效 // 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的 #include <vector> #include <algorithm> int main() {vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);v.erase(it);cout << *it << endl;while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0; } 程序可以正常运行，并打印： 4 4 5// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end // 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃 int main() {vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}for (auto e : v)cout << e << " ";cout << endl;return 0; } ======================================================== // 使用第一组数据时，程序可以运行 [IfYouHave@VM - 0 - 3 - centos 20230114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11 [IfYouHave@VM - 0 - 3 - centos 20230114]$ . / a.out 1 3 5 ======================================================== = // 使用第二组数据时，程序最终会崩溃 [IfYouHave@VM - 0 - 3 - centos 20230114]$ vim testVector.cpp [IfYouHave@VM - 0 - 3 - centos 20230114]$ g++ testVector.cpp - std = c++11 [IfYouHave@VM - 0 - 3 - centos 20230114]$ . / a.out Segmentation fault从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不 对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。
4. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
#include <string> void TestString() {string s("hello");auto it = s.begin();// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃//s.resize(20, '!');while (it != s.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;it = s.begin();while (it != s.end()){it = s.erase(it);// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后// it位置的迭代器就失效了// s.erase(it); ++it;} }迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。
4. vector 在OJ中的使用
1. 只出现一次的数字
136. 只出现一次的数字 - 力扣（LeetCode）
class Solution {
public:int singleNumber(vector<int>& nums) {int value = 0;for(auto e : v) {value ^= e; }return value;}
};
2. 杨辉三角
118. 杨辉三角 - 力扣（LeetCode）
// 涉及resize / operator[]
// 核心思想：找出杨辉三角的规律，发现每一行头尾都是1，中间第[j]个数等于上一行[j-1]+[j]
class Solution {
public:vector<vector<int>> generate(int numRows) {vector<vector<int>> vv(numRows);for(int i = 0; i < numRows; ++i){vv[i].resize(i+1, 1);}for(int i = 2; i < numRows; ++i){for(int j = 1; j < i; ++j){vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1];}}return vv;}
};总结：通过上面的练习我们发现vector常用的接口更多是插入和遍历。遍历更喜欢用数组operator[i]的 形式访问，因为这样便捷。课下自己实现一遍上面课堂讲解的OJ练习，然后请自行完成下面题目的OJ练 习。以此增强学习vector的使用。
3.删除有序数组中的重复项
26. 删除有序数组中的重复项 - 力扣（LeetCode）
4.只出现一次的数字 ||
137. 只出现一次的数字 II - 力扣（LeetCode）
5.只出现一次的数字 |||
260. 只出现一次的数字 III - 力扣（LeetCode）
6.数组中出现次数超过一半的数字
数组中出现次数超过一半的数字_牛客题霸_牛客网 (nowcoder.com)
7. 电话号码和字母的结合
17. 电话号码的字母组合 - 力扣（LeetCode）
