### 前言   在STL编程中,我们最常用到的就是容器,容器可分为序列容器和关联容器;本文记录的是我们经常使用的序列容器之vector,vector的数据安排和操作方式类似于C++内置数组类型array,唯一的区别就是在于空间的灵活运用。内置数组array是静态空间,一旦分配了内存空间就不能改变,而vector容器可以根据用户数据的变化而不断调整内存空间的大小。      vector容器有已使用空间和可用空间,已使用空间是指vector容器的大小,可用空间是指vector容器可容纳的最大数据空间capacity。vector容器是占用一段连续线性空间,所以vector容器的迭代器就等价于原生态的指针;vector的实现依赖于内存的配置和内存的初始化,以及迭代器。其中内存的配置是最重要的,因为每当配置内存空间时,可能会发生数据移动,回收旧的内存空间,如果不断地重复这些操作会降低操作效率,所有vector容器在分配内存时,并不是用户数据占多少就分配多少,它会分配一些内存空间留着备用,即是用户可用空间。关于vector类定义可参考[《](http://zh.cppreference.com/w/cpp/container/vector)[vector](http://zh.cppreference.com/w/cpp/container/vector)[库文件》](http://zh.cppreference.com/w/cpp/container/vector)或者[《](http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/9xd04bzs.aspx)[MSDN库的vector](http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/9xd04bzs.aspx)[类》](http://msdn.microsoft.com/zh-cn/library/9xd04bzs.aspx);以下源代码在SGI STL的文件<stl_vector.h>中。 ### vector容器 ### vector容器的数据结构      vector容器采用的是线性连续空间的数据结构,使用两个迭代器来管理这片连续内存空间,这两个迭代器分别是指向目前使用空间的头start和指向目前使用空间的尾finish,两个迭代器的范围[start,finish)表示容器的大小size()。由于为了提高容器的访问效率,为用户分配内存空间时,会分配多余的备用空间,即容器的容量,以迭代器end_of_storage作为可用空间的尾,则容器的容量capacity()为[start,end_of_storage)范围的线性连续空间。 ~~~ //Alloc是SGI STL的空间配置器,默认是第二级配置器 template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) > class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc> { ... protected: _Tp* _M_start;//表示目前使用空间的头 _Tp* _M_finish;//表示目前使用空间的尾 _Tp* _M_end_of_storage;//表示目前可用空间的尾 ... }; ~~~   下面给出vector的数据结构图: ![](https://box.kancloud.cn/2016-07-12_5784b877725b4.jpg) ### vector迭代器  vector容器维护的空间的线性连续的,所以普通指针也可以作为迭代器,满足vector的访问操作;如:operator*,operator->,operator++,operator--,operator+,operator-,operator+=,operator-=等操作;同时vector容器支持随机访问,所以,vector提供的是随机访问迭代器。 ~~~ //Alloc是SGI STL的空间配置器,默认是第二级配置器 template <class _Tp, class _Alloc = __STL_DEFAULT_ALLOCATOR(_Tp) > class vector : protected _Vector_base<_Tp, _Alloc> { public://vector的内嵌型别定义,是iterator_traits<I>服务的类型 typedef _Tp value_type; typedef value_type* pointer; typedef const value_type* const_pointer; typedef value_type* iterator;//vector容器的迭代器是普通指针 typedef const value_type* const_iterator; ... public://以下定义vector迭代器 iterator begin() { return _M_start; }//指向已使用空间头的迭代器 const_iterator begin() const { return _M_start; } iterator end() { return _M_finish; }//指向已使用空间尾的迭代器 const_iterator end() const { return _M_finish; } reverse_iterator rbegin() { return reverse_iterator(end()); } const_reverse_iterator rbegin() const { return const_reverse_iterator(end()); } reverse_iterator rend() { return reverse_iterator(begin()); } const_reverse_iterator rend() const { return const_reverse_iterator(begin()); } ... }; ~~~ ### vector的构造函数和析构函数   这里把vector容器的构造函数列出来讲解,主要是我们平常使用vector容器时,首先要要定义相应的容器对象,所以,如果我们对vector容器的构造函数了解比较透彻时,在应用当中就会比较得心应手。在以下源码的前面我会总结出vector容器的构造函数及其使用方法。 ~~~ /*以下是vector容器的构造函数*********************** /************************************ *** //默认构造函数*************************** * explicit vector( const Allocator& alloc = Allocator() ); * *** //具有初始值和容器大小的构造函数******************* * explicit vector( size_type count, * * const T& value = T(), * * const Allocator& alloc = Allocator()); * * vector( size_type count, * * const T& value, * * const Allocator& alloc = Allocator()); * *** //只有容器大小的构造函数*********************** * explicit vector( size_type count ); * *** //用两个迭代器区间表示容器大小的构造函数*************** * template< class InputIt > * * vector( InputIt first, InputIt last, * * const Allocator& alloc = Allocator() ); * *** //拷贝构造函数*************************** * vector( const vector& other ); * * vector( const vector& other, const Allocator& alloc ); * *** //移动构造函数*************************** * vector( vector&& other ); * * vector( vector&& other, const Allocator& alloc ); * *** //用初始列表的值构造容器,列表内的元素值可以不同*********** * vector( std::initializer_list<T> init, * * const Allocator& alloc = Allocator() ); * *************************************/ explicit vector(const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) {}//默认构造函数 vector(size_type __n, const _Tp& __value, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__n, __a)//构造函数,里面包含n个初始值为value的元素 //全局函数,填充值函数,即从地址M_start开始连续填充n个初始值为value的元素 { _M_finish = uninitialized_fill_n(_M_start, __n, __value); } explicit vector(size_type __n)//该构造函数不接受初始值,只接受容易包含元素的个数n : _Base(__n, allocator_type()) { _M_finish = uninitialized_fill_n(_M_start, __n, _Tp()); } vector(const vector<_Tp, _Alloc>& __x) : _Base(__x.size(), __x.get_allocator())//拷贝构造函数 { _M_finish = uninitialized_copy(__x.begin(), __x.end(), _M_start); } #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES // Check whether it's an integral type. If so, it's not an iterator. /*这个是某个区间的构造函数,首先判断输入是否为整数_Integral() *采用__type_traits技术 */ template <class _InputIterator> vector(_InputIterator __first, _InputIterator __last, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__a) { typedef typename _Is_integer<_InputIterator>::_Integral _Integral; _M_initialize_aux(__first, __last, _Integral()); } template <class _Integer> //若输入为整数,则调用该函数 void _M_initialize_aux(_Integer __n, _Integer __value, __true_type) { _M_start = _M_allocate(__n); _M_end_of_storage = _M_start + __n; _M_finish = uninitialized_fill_n(_M_start, __n, __value); } template <class _InputIterator> //若输入不是整数,则采用Traits技术继续判断迭代器的类型 void _M_initialize_aux(_InputIterator __first, _InputIterator __last, __false_type) { _M_range_initialize(__first, __last, __ITERATOR_CATEGORY(__first)); } #else vector(const _Tp* __first, const _Tp* __last, const allocator_type& __a = allocator_type()) : _Base(__last - __first, __a) { _M_finish = uninitialized_copy(__first, __last, _M_start); } #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ ~vector() { destroy(_M_start, _M_finish); }//析构函数 ~~~ ### vector容器的成员函数  vector容器的成员函数使我们访问容器时经常会用到,为了加深对其了解,这里单独对成员函数源码进行了详细的注解。 ~~~ /*以下是容器的一些成员函数*/ size_type size() const//vector容器大小(已使用空间大小),即容器内存储元素的个数 { return size_type(end() - begin()); } size_type max_size() const//返回可容纳最大元素数 { return size_type(-1) / sizeof(_Tp); } size_type capacity() const//vector容器可用空间的大小 { return size_type(_M_end_of_storage - begin()); } bool empty() const//判断容器是否为空 { return begin() == end(); } reference operator[](size_type __n) { return *(begin() + __n); }//返回指定位置的元素 const_reference operator[](size_type __n) const { return *(begin() + __n); } #ifdef __STL_THROW_RANGE_ERRORS //若用户要求的空间大于可用空间,抛出错去信息,即越界检查 void _M_range_check(size_type __n) const { if (__n >= this->size()) __stl_throw_range_error("vector"); } reference at(size_type __n)//访问指定元素,并且进行越界检查 { _M_range_check(__n); return (*this)[__n]; }//访问前,先进行越界检查 const_reference at(size_type __n) const { _M_range_check(__n); return (*this)[__n]; } #endif /* __STL_THROW_RANGE_ERRORS */ void reserve(size_type __n) {//改变可用空间内存大小 if (capacity() < __n) { const size_type __old_size = size(); //重新分配大小为n的内存空间,并把原来数据复制到新分配空间 iterator __tmp = _M_allocate_and_copy(__n, _M_start, _M_finish); destroy(_M_start, _M_finish);//释放容器元素对象 _M_deallocate(_M_start, _M_end_of_storage - _M_start);//回收原来的内存空间 //调整迭代器所指的地址,因为原来迭代器所指的地址已经失效 _M_start = __tmp; _M_finish = __tmp + __old_size; _M_end_of_storage = _M_start + __n; } } reference front() { return *begin(); }//返回第一个元素 const_reference front() const { return *begin(); } reference back() { return *(end() - 1); }//返回容器最后一个元素 const_reference back() const { return *(end() - 1); } void push_back(const _Tp& __x) {//在最尾端插入元素 if (_M_finish != _M_end_of_storage) {//若有可用的内存空间 construct(_M_finish, __x);//构造对象 ++_M_finish; } else//若没有可用的内存空间,调用以下函数,把x插入到指定位置 _M_insert_aux(end(), __x); } void push_back() { if (_M_finish != _M_end_of_storage) { construct(_M_finish); ++_M_finish; } else _M_insert_aux(end()); } void swap(vector<_Tp, _Alloc>& __x) { /*交换容器的内容 *这里使用的方法是交换迭代器所指的地址 */ __STD::swap(_M_start, __x._M_start); __STD::swap(_M_finish, __x._M_finish); __STD::swap(_M_end_of_storage, __x._M_end_of_storage); } iterator insert(iterator __position, const _Tp& __x) {//把x值插入到指定的位置 size_type __n = __position - begin(); if (_M_finish != _M_end_of_storage && __position == end()) { construct(_M_finish, __x); ++_M_finish; } else _M_insert_aux(__position, __x); return begin() + __n; } iterator insert(iterator __position) { size_type __n = __position - begin(); if (_M_finish != _M_end_of_storage && __position == end()) { construct(_M_finish); ++_M_finish; } else _M_insert_aux(__position); return begin() + __n; } void insert (iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x) { //在pos位置连续插入n个初始值为x的元素 _M_fill_insert(__pos, __n, __x); } void _M_fill_insert (iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x); void pop_back() {//取出最尾端元素 --_M_finish; destroy(_M_finish);//析构对象 } iterator erase(iterator __position) {//擦除指定位置元素 if (__position + 1 != end()) copy(__position + 1, _M_finish, __position);//后续元素前移一位 --_M_finish; destroy(_M_finish);//析构对象 return __position; } iterator erase(iterator __first, iterator __last) {//擦除两个迭代器区间的元素 iterator __i = copy(__last, _M_finish, __first);//把不擦除的元素前移 destroy(__i, _M_finish);//析构对象 _M_finish = _M_finish - (__last - __first);//调整finish的所指的位置 return __first; } void resize(size_type __new_size, const _Tp& __x) {//改变容器中可存储的元素个数,并不会分配新的空间 if (__new_size < size()) //若调整后的内存空间比原来的小 erase(begin() + __new_size, end());//擦除多余的元素 else insert(end(), __new_size - size(), __x);//比原来多余的空间都赋予初值x } void resize(size_type __new_size) { resize(__new_size, _Tp()); } void clear() { erase(begin(), end()); }//清空容器 // assign(), a generalized assignment member function. Two // versions: one that takes a count, and one that takes a range. // The range version is a member template, so we dispatch on whether // or not the type is an integer. /*该函数有两种类型: void assign( size_type count, const T& value ); template< class InputIt > void assign( InputIt first, InputIt last ); */ //把容器内容替换为n个初始值为value void assign(size_type __n, const _Tp& __val) { _M_fill_assign(__n, __val); } void _M_fill_assign(size_type __n, const _Tp& __val); #ifdef __STL_MEMBER_TEMPLATES template <class _InputIterator> void assign(_InputIterator __first, _InputIterator __last) { typedef typename _Is_integer<_InputIterator>::_Integral _Integral; _M_assign_dispatch(__first, __last, _Integral()); } template <class _Integer> void _M_assign_dispatch(_Integer __n, _Integer __val, __true_type) { _M_fill_assign((size_type) __n, (_Tp) __val); } template <class _InputIter> void _M_assign_dispatch(_InputIter __first, _InputIter __last, __false_type) { _M_assign_aux(__first, __last, __ITERATOR_CATEGORY(__first)); } template <class _InputIterator> void _M_assign_aux(_InputIterator __first, _InputIterator __last, input_iterator_tag); template <class _ForwardIterator> void _M_assign_aux(_ForwardIterator __first, _ForwardIterator __last, forward_iterator_tag); #endif /* __STL_MEMBER_TEMPLATES */ ~~~     根据以上成员函数的注释,这里对其中几个函数进一步详细的讲解:iterator erase(iterator __first, iterator __last),void insert (iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x);   其中擦除函数是擦除输入迭代器之间的元素,但是没有回收内存空间,只是把内存空间作为备用空间,首先看下该函数的源代码: ~~~ iterator erase(iterator __first, iterator __last) {//擦除两个迭代器区间的元素 iterator __i = copy(__last, _M_finish, __first);//把不擦除的元素前移 destroy(__i, _M_finish);//析构对象 _M_finish = _M_finish - (__last - __first);//调整finish的所指的位置 return __first; } ~~~           根据上面函数的定义,我们可以知道,迭代器start和end_of_storage并没有改变,只是调整迭代器finish,并析构待擦除元素对象;下面通过图解进行分析: ![](https://box.kancloud.cn/2016-07-12_5784b877896e7.jpg)   插入元素函数是在指定位置position上连续插入n个初始值为x的元素,根据插入元素个数和可用空间大小的比较,分别进行不同的初始化,详细见源码分析: ~~~ void insert (iterator __pos, size_type __n, const _Tp& __x) { //在pos位置连续插入n个初始值为x的元素 _M_fill_insert(__pos, __n, __x); } template <class _Tp, class _Alloc> void vector<_Tp, _Alloc>::_M_fill_insert(iterator __position, size_type __n, const _Tp& __x) { if (__n != 0) {//当n不为0,插入才有效 if (size_type(_M_end_of_storage - _M_finish) >= __n) {//若有足够的可用空间,即备用空间不小于新插入元素个数 _Tp __x_copy = __x; const size_type __elems_after = _M_finish - __position;//计算插入点之后的现有元素个数 iterator __old_finish = _M_finish; //case1-a:插入点之后的现有元素个数大于新插入元素个数 if (__elems_after > __n) { uninitialized_copy(_M_finish - __n, _M_finish, _M_finish);//把[finish-n,finish)之间的数据复制[finish,finish+n) _M_finish += __n;//调整迭代器finish所指的位置 copy_backward(__position, __old_finish - __n, __old_finish);//把[position,old_finish-n)之间的数据复制[old_finish-n,old_finish) fill(__position, __position + __n, __x_copy);//在指定位置(插入点)填充初始值 } //case1-b:插入点之后的现有元素个数不大于新插入元素个数 else { uninitialized_fill_n(_M_finish, __n - __elems_after, __x_copy);//先在可用空间填入n-elems_after个初始值x _M_finish += __n - __elems_after;//调整迭代器finish uninitialized_copy(__position, __old_finish, _M_finish);//把[position,old_finish)之间的数据复制到[old_finish,finish) _M_finish += __elems_after; fill(__position, __old_finish, __x_copy); } } //case2:若备用空间小于新插入元素个数 else {//若备用空间小于新插入元素个数,则分配新的空间 //并把原始数据复制到新的空间,调整迭代器 const size_type __old_size = size(); //获取原始空间的大小 //新的空间为旧空间的两倍,或为旧空间+新增长元素个数 const size_type __len = __old_size + max(__old_size, __n); //配置新的空间 iterator __new_start = _M_allocate(__len); iterator __new_finish = __new_start; __STL_TRY {//把插入点之前的原始数据复制到新的空间 __new_finish = uninitialized_copy(_M_start, __position, __new_start); //将新加入数据添加在[new_finish,new_finish+n) __new_finish = uninitialized_fill_n(__new_finish, __n, __x); //将插入点之后的原始数据复制到新空间 __new_finish = uninitialized_copy(__position, _M_finish, __new_finish); } //释放原来空间的对象和内存 __STL_UNWIND((destroy(__new_start,__new_finish), _M_deallocate(__new_start,__len))); destroy(_M_start, _M_finish); _M_deallocate(_M_start, _M_end_of_storage - _M_start); //调整迭代器所指的位置 _M_start = __new_start; _M_finish = __new_finish; _M_end_of_storage = __new_start + __len; } } } ~~~   下面对不同情况利用图解方式对插入函数进行分析:       case1-a:对应的源代码解析中的case1-a情况; ![](https://box.kancloud.cn/2016-07-12_5784b877a28dd.jpg)        case1-b:对应源码剖析中的case1-b情况: ![](https://box.kancloud.cn/2016-07-12_5784b877c231d.jpg)      case2:针对源码剖析的case2情况: ![](https://box.kancloud.cn/2016-07-12_5784b877dc559.jpg) ### vector的操作符重载   关于操作符重载的这里只给出源代码的注释: ~~~ template <class _Tp, class _Alloc> inline bool //操作符重载,判断两个容器是否相等,即容器大小和容器内容是否都相等 operator==(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { return __x.size() == __y.size() && equal(__x.begin(), __x.end(), __y.begin()); /*STL中equal函数的实现如下: * template<class InputIt1, class InputIt2> * bool equal(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2) * { * for (; first1 != last1; ++first1, ++first2) * { * if (!(*first1 == *first2)) * { * return false; * } * } * return true; * } */ } template <class _Tp, class _Alloc> inline bool operator<(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { /*函数原型: template<class InputIt1, class InputIt2> bool lexicographical_compare(InputIt1 first1, InputIt1 last1, InputIt2 first2, InputIt2 last2) { for ( ; (first1 != last1) && (first2 != last2); first1++, first2++ ) { if (*first1 < *first2) return true; if (*first2 < *first1) return false; } return (first1 == last1) && (first2 != last2); } */ return lexicographical_compare(__x.begin(), __x.end(), __y.begin(), __y.end()); } #ifdef __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER template <class _Tp, class _Alloc> inline void swap(vector<_Tp, _Alloc>& __x, vector<_Tp, _Alloc>& __y) { __x.swap(__y); } template <class _Tp, class _Alloc> inline bool operator!=(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { return !(__x == __y); } template <class _Tp, class _Alloc> inline bool operator>(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { return __y < __x; } template <class _Tp, class _Alloc> inline bool operator<=(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { return !(__y < __x); } template <class _Tp, class _Alloc> inline bool operator>=(const vector<_Tp, _Alloc>& __x, const vector<_Tp, _Alloc>& __y) { return !(__x < __y); } #endif /* __STL_FUNCTION_TMPL_PARTIAL_ORDER */ template <class _Tp, class _Alloc> vector<_Tp,_Alloc>& vector<_Tp,_Alloc>::operator=(const vector<_Tp, _Alloc>& __x) { if (&__x != this) { const size_type __xlen = __x.size(); if (__xlen > capacity()) { iterator __tmp = _M_allocate_and_copy(__xlen, __x.begin(), __x.end()); destroy(_M_start, _M_finish); _M_deallocate(_M_start, _M_end_of_storage - _M_start); _M_start = __tmp; _M_end_of_storage = _M_start + __xlen; } else if (size() >= __xlen) { iterator __i = copy(__x.begin(), __x.end(), begin()); destroy(__i, _M_finish); } else { copy(__x.begin(), __x.begin() + size(), _M_start); uninitialized_copy(__x.begin() + size(), __x.end(), _M_finish); } _M_finish = _M_start + __xlen; } return *this; } ~~~ ### 总结    vector容器主要是对该数据结构的了解,并且掌握其中的成员函数,做到这两点,对vector容器的使用就比较方便了。 参考文献:[【1】](http://www.aichengxu.com/view/33003),[【2】](http://blog.csdn.net/hackbuteer1/article/details/7724547),[【3】](http://blog.csdn.net/v_july_v/article/details/6681522)