C++：STL-vector

前言

Vector容器是C++编程语言中的一种数据结构，属于标准模板库（STL）的一部分。它是一个动态数组的实现，可以根据需要动态调整大小。

vector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

vector使用

(constructor)构造函数声明	接口说明
vector()	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)	拷贝构造
vector(Inputlterator fist, Inputlterator last)	使用迭代器进行初始化构造

无参构造：

public:
//元素个数为0，内存大小16
Vector() : _size(0), _cap(16) {
 
    //调用allocator的allocate方法来分配大小为16(16 * sizeof(_T))大小的内存
	_data = _allocator_type{}.allocate(16);
}

默认无参构造默认没有元素，所以size为0，但是为了让Vector不要频繁的开辟内存，所以我们需提前分配好内存，这里我们将初始内存大小设为16(你也可以自己决定),所以cap也为16。

这里就说明了我们为什么不用new来分配内存了，因为new分配内存后会创建对象，而我们这里，元素个数为零，只需要分配内存，不需要额外创建对象（浪费性能），所以我们使用std::allocator来分配内存。

构造并初始化n个val：

vector<int> v1(10, 1);

创建一个包含'n'个元素的vector对象，每个元素都初始化为val。可以选择提供一个初始值val，如果未定义，则使用默认值类型的默认构造函数进行初始化。

拷贝构造：

//public
 
Vector(const Vector<_T>& other) : _size(other._size), _cap(other._cap) {
    //如果cap为0，_data置为空
	if (_cap == 0) _data = nullptr;
	else {
        
        //分配内存
		_data = _allocator_type().allocate(_cap);
 
        //使用other中_data存放的类来创建对象(拷贝)
		for (size_t i = 0; i < _size; i++)
			std::construct_at(_data + i, std::as_const(other._data[i]));
	}
}

拷贝构造函数接收另一个vector的常量引用进行深拷贝，需要吧另一个vector在的_data中的数据全拷贝过来，这里使用std::construct_at来构造。这里如果用memcpy函数来拷贝的话是不会调用对象的拷贝构造，memcpy本质上是浅拷贝。

使用迭代器进行初始化：

// 初始化一个 vector 容器
vector<int> vec1 {1, 2, 3};  

// 使用 范围构造函数 从 vec1 容器中 复制元素到 vec2 容器
vector<int> vec2(vec1.begin(), vec1.end());

通过传递两个迭代器来指定要复制的元素范围，构造函数允许使用迭代器来指定要复制的元素范围，可以是数组、容器或其他可迭代对象。

vector迭代器

iterator的使用	接口说明
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

void test3()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
    //正向迭代器
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
    //反向迭代器
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
}
int main()
{
    test3();
    return 0;
}

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

通过使用这些接口，可以在vector中进行迭代操作。

例如，使用begin()和end()可以遍历vector中的元素，而使用rbegin()和rend()可以反向遍历vector中的元素。
请注意，对于只读的vector，应使用const_iterator和const_reverse_iterator来确保不修改vector的元素。

vector空间容量操作

容量空间	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	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

resize第二个参数是缺省参数，如果没传，就默认调用构造函数
如果resize的n大于size的大小，那么后面的位置会填充你传的数据，如果没传就填充默认数据
如果resize的n小于size的大小，发生截断
reserve扩容规则在不同编译器下是不同的，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的

vector增删查改

vector增删查改	接口说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
find	查找
insetr	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[]	像数组一样访问

int main()
{

	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;
}

vector迭代器失效

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）。

解决方案：

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。
vector扩容是开辟了新的空间，将原来的就空间释放掉了，而迭代器还是使用释放之前的就空间地址，对释放的空间进行实际操作就会引起代码运行时的崩溃。
如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需要给it（迭代器）重新赋值即可。

#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iterator
 vector<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;
}