三.vector的实现原理

一.vector的实现原理

1.vector 基类介绍

• vector就是一个模板类，其基类什么也没干vector v;这样的声明，只不过是调用了基类的无参构造，它什么也没干。也没有动态分配内存。

• 如果vector在构造的时候指定容器大小，那么声明时就会申请动态内存，但如果构造是默认构造，并不会申请动态内存。

• 基类的作用：

1. 保存容器开始位置、结束位置以及所申请内存空间的的下一个位置；
2. 申请动态内存空间。

2.vector从最后面插入元素时发生了什么

• 2.1对空vector插入一个元素

1. 分配一个元素为1的空间，将这个元素插入进去，如果后面超出容器所申请的空间，则重新分配一块新的内存空间（其大小为原空间大小的2倍）。

2. 将原内存的元素按着所在顺序全部拷贝到新内存，并把要插入的元素插入到最后一个元素的下一个位置。

3. 调用原内存中的析构函数，销毁原内存。

• 2.2 vector当前内存用完时插入

  同上

3.vector在中间插入一个元素会发生什么

• 其实就是把当前要插入元素的位置后面的元素向后移动，然后把待插入元素插入到相应的位置。

4.vector删除元素内存会被释放吗

• 4.1从容器最后删除

1. 从容器最后删除是调用pop_back(),将迭代器向前移动一位，然后把最后一个元素销毁。

• 4.2从容器中间删除

1. 从容器中间删除调用的是erase（作用是删除当前位置的元素，将删除元素的后面元素依次向前移动一位，并返回指向当前位置的迭代器）。所以从中间删除元素不会释放已经申请的动态内存

5.vector如何修改某个位置的元素值

• vector可以通过迭代器和下标的方式来修改所指当前元素的值。

6.vector读取与插入元素的时间复杂度

• vector读取一个元素，可以采取at，以及[]来直接访问元素，所以读取元素的时间复杂度是O(1),而插入和删除元素需要移动元素，时间时间复杂度为O(n)。在末尾插入和删除元素的时间复杂度为O(1).

7.vector基本算法

• 因为vector具有operator *,operator ++,operator --,operator +=,operator -=,operator -,operator +,opeator->,所以vector的迭代器是随机访问迭代器。

  pop_back(), push_back() 尾删，尾插

  erase 指定位置删除

  clear 全部删除

  insert 指定位置插入

  [] , at[] 访问，修改元素

8.vector底层实现总结

• vector是一个动态数组，用于维护一段连续的动态控件，内部有三个成员函数，用来储存起始位置，已使用位置，以及最后位置，每当动态内存用完时，它会按照原内存的2倍，重新申请新内存。将原内存的数据拷贝到新内存，释放掉原内存。

二.vector的注意事项

1. 在不确定的情况下使用at而不是operator[]

• at会检查是否越界，假设不确定当前访问动作是否会越界

2. 什么类型不可以作为vector的模板类型

• 对于vector模板特化类型，因为在vector的实现过程中，变量会经常被拷贝或者赋值，所以vector的模板类型应该具有公有的拷贝构造函数和重载的赋值操作符函数。

3. vector的迭代器会失效的原因

1. 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).

2. 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

3. 在vector容器中间根据指定迭代器删除元素，也就是调用erase函数，此时因为当前位置会被后面的元素覆盖，所以该指定迭代器会失效，不过此时可以通过erase的返回值重新得到当前位置的正确迭代器；

4. 在vector需重新申请内存的时候，比如扩容，比如释放未使用的内存等等这些过程中都会发生迭代器失效的问题，因为内存有了变动，此时就需要重新获得迭代器；

4. vector怎么迅速的释放内存

1. 有人说是不是可以调用reserve(0)来进行释放，毕竟reserve函数会根据我们指定的大小重新申请的内存，那是行不通的哈，这个函数只有在传入大小比原有内存大时才会有动作，否则不进行任何动作。

2. 至于通过resize或者clear等都是行不通的，这些函数都只会对当前已保存在容器中的所有元素进行析构，但对容器本身所在的内存空间是不会进行释放的。

• 4.1 通过swap函数

• 这时我们可以想想，什么情况下vector大小为0呢，就是作为一个空容器的时候，所以要想快速的释放内存，我们可以参考swap函数机制，用一个空的vector与当前vector进行交换，使用形如vector().swap(v)这样的代码，将v这个vector变量所代表的内存空间与一个空vector进行交换，这样v的内存空间等于被释放掉了，而这个空vector因为是一个临时变量，它在这行代码结束以后，会自动调用vector的析构函数释放动态内存空间，这样，一个vector的动态内存就被迅速的释放掉了。

• 4.2 使用shrink_to_fit函数

• 它的作用是释放掉未使用的内存，假设我们先调用clear函数把所有元素清掉，这样是不是整块容器都变成未使用了，然后再调用shrink_to_fit函数把未使用的部分内存释放掉，那不就把这个vector内存释放掉了吗。

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