vector relation

::std::vector<> 的存储管理

以下成员函数用于存储管理：

void reserve( size_t n );

size_t capacity() const;

void resize( size_t n, T t=T() );

void clear();

size_t size() const;

bool empty() const { return size() == 0; }

size_t max_size() const;

另外，push_back(), insert() 等也涉及到存储管理，后面另行介绍。

1) max_size()

返回 vector<T> 理论上可以装的最多 T 的个数。这只是一个理论上的数字，大概是 4GB/sizeof(T)，没有多大实用价值。在程序中不要用。

2) size()

返回 vector<T> 中实际装的 T 的个数。相当于 CArray<>::GetSize()。

3) empty()

如果 vector<T> 中没有任何 T 对象，返回 true。也就是返回 size() == 0。

4) clear();

清除 vector<T> 中的所有 T 对象。执行后 empty() 返回 true。大致相当于 resize(0)，但不要求 T 可被缺省构造。相当于 CArray<>::RemoveAll()。

5) resize( size_t n, T t = T() );

将 vector 中的元素个数设置为 n，n 可以大于 size() 也可以小于 size。如果 n 小于 size()，那么 vector 中下标为 n..size()-1 的元素都将被解构。如果 n > size()，那么将在 vector 的后面新增加
n - size() 个相同的元素 t。在增大 vector 时，可能发生存储再次分配。总之，调用resize( n, t ) 后，(size() == n) 成立。

请注意，如果调用 resize( n ) 不带参数 t ，那么 T 必须可以缺省构造。

6) reserve( size_t n );

事先分配至少可以保存 n 个 T 对象的空间。调用后 (capacity() >= n)成立。

7) capacity();

返回已经分配的存储空间够容纳的 T 类型对象的个数。后续的增加元素操作(如 push_back(), insert())如果增加元素后 vector 中的总元素个数不超过 capacity()，那么 vector 的实现保证不重新分配存储空间。

vector 管理的动态存储空间是连续的。执行操作

IntVector v(7, 1); // seven ones.

v.reserve( 12 );

后，v 的状态可以用下图表示:

/--size()---\

|1|1|1|1|1|1|1|-|-|-|-|-|

\--capacity()---------/

其中，1 是已经构造的 int 类型的对象，- 是可以构造一个 int 类型的对象，但还没有构造的原始空间。再执行

v.push_back( 2 );

v.push_back( 3 );

后，v 的状态可用下图表示：

/----size()-----\

|1|1|1|1|1|1|1|2|3|-|-|-|

\----capacity()-------/

执行 resize( 11, 4 ); 后：

/----size()---------\

|1|1|1|1|1|1|1|2|3|4|4|-|

\----capacity()-------/

capacity() >= size() 总是成立的。对于下标为 [size()..capacity()-1]的未构造对象的存储空间，是不可以访问的：

v[11] = 5; // undefined behavior - anything can happen.

7. 添加元素到 vector 中

下列操作添加元素到 vector 中，并可能引起存储分配：

void push_back( T const& t );

void insert( iterator pos, T const& t=T() );

void insert( iterator pos, size_t n, T const& t );

template<typename Iter>

void insert( iterator pos, Iter first, Iter last );

push_back() 是把一个元素添加到 vector 的末尾。insert() 是把一个 t，或 n 个 t，或从 first 开始到 last 结束的一个序列插入到 pos 指示的位置之前。

当插入元素后 size() 将会大于 capacity() 时，将引起自动存储分配。vector 将会分配一个比需要的存储区大若干倍(通常是1.5到2)的新的存储区，把老的元素拷贝过去，同时完成添加或插入，然后释放老的存储区。

这就是说，vector 自动存储分配的空间大小是指数式增长的，这可以保证多次添加元素到 vector 中时，平均用时是接近于常数的。

IntVector v;

// add 0, 1, ..., 99 to v:

for( int i = 0; i < 100; ++i )

v.push_back( i );

// append 9, 8, 7,..., 0 to the end:

int a[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };

v.insert( v.end(), a, a + 10 );

8. 删除元素

下列成员函数完成元素删除：

void erase( iterator );

void erase( iterator first, iterator last );

void pop_back();

void clear();

这些函数分别删除一个，一串，最后一个，或全部元素。

IntVector v;

for( int i = 0; i < 100; ++i )

v.push_back( i );

// 删除 50, 51, ..., 89:

v.erase( v.begin() + 50, v.end() - 10 );

// 删除 49, 48:

v.pop_back();

v.pop_back();

// 全部删除：

v.clear();

注意，删除操作不会引起存储分配，因此 capacity() 不变。

9. 作为序列访问 vector 中的元素

序列(sequence)在 STL 中是一个非常重要的概念，所有的容器类型和算法都涉及到，而且所有的算法都是建立在“序列”这个概念之上的。

“序列”是一个线性结构，由一个指示其起始和一个指示结束的叠代子(iterator)来决定。如果 first 和 last 是某种类型的叠代子，那么经常用[first, last) 来表示一个序列。注意，first 指向的元素是这个序列的一个元素，而 last 指示的是这个序列最后一个元素之后的位置，可能根本没有元素可以访问。这种半闭半开的区间表示是整个 C++ 标准中的约定，而且确实可以简化程序。

叠代子是传统的 C/C++ 中指针的抽象和进一步分类。在 C++ 中把 iterator划分为 input iterator, output iterator, forward iterator,bidirectional iterator, random access iterator 五类。其中的 randomaccess iterator 是最强的一类，即允许的操作最多。C++ 中的指针类型以及vector<>/deque<> 的 iterator/const_iterator/reverse_iterator/const_reverse_iterator 都满足 random access iterator 的要求。

vector<> 中定义了以下函数用于获取被控制(管理的)序列(动态数组)的各种叠代子：

iterator begin();

iterator end();

const_iterator begin() const;

const_iterator end() const;

reverse_iterator rbegin();

reverse_iterator rend();

const_reverse_iterator rbegin() const;

const_reverse_iterator rend() const;

这里我们不讨论叠代子的一般概念，只举几个 random access iterator 的例子：

int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };

[a, a + 6) 是一个随机访问序列，指示了 a[] 中的所有元素。这里叠代子的类型为 int*。

[a + 2, a + 4) 也是一个序列，指示了 a[] 中的 3, 4 两个元素。叠代子的类型仍然是 int*。

IntVector v( 100, 1 ); // 100 个 1。

[v.begin(), v.end()) 是一个随机访问序列，指示了 v 中的所有元素，叠代子的类型是 IntVector::iterator。

[v.begin() + 10, v.end() - 20 ) 也是一个随机访问序列，指的是 v 中除了头 10 个和尾 20 个元素外的其它元素。

[v.rbegin(), v.rend() ) 是一个随机访问序列，指的是 v 中的所有元素，但与 [v.begin(), v.end() ) 不同，这个序列是从尾到头遍历所有元素。

[v.rbegin() + 20, v.rend() - 10) 与 [v.begin() + 10, v.end() - 20 )指示的元素相同，但遍历顺序相反。

下图是有十个元素的 vector 的 begin()/end()/rbegin()/end() 的示意：

begin() ----------> end()

|                   |

v                   v

|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|

^                   ^

|                   |

rend() <---------- rbegin()

IntVector v;

for( int i = 0; i < 10; ++i )

v.push_back( i );

// print 0, 1, 2, ..., 9:

for( IntVector::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i )

::std::cout << *i << '\n';

// print 9, 8, ..., 0:

for( IntVector::reverse_iterator i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i )

::std::cout << *i << '\n';

除了使用 begin()/end()/rbegin()/rend() 来遍历 vector 中的元素外，由于 vector 管理的空间是连续的，因此可以直接取地址进行处理：

::std::vector<HANDLE> handles;

handles.push_back( handle1 );

handles.push_back( handle2 );

::WaitForMultipleObjects(handles.size(), &handles[0],TRUE, INFINITE);

这在与 C 库函数接口时尤其有用。

10. 赋值和交换

vector<> 是可以赋值的，这也是一般的“值”类型必须提供的操作：

IntVector v( 100, 123 );

IntVector v1;

v1 = v;

vector 另外还提供了

template<typename Iter>

void assign( Iter first, Iter last );

void assign( size_t n, T const& t = T() );

用于赋值：

int a[] = { 1, 3, 5, 7 };

v.assign( a, a + 4 ); // v 将包含 1, 3, 5, 7.

v.assign( 100 ); // 100 个 0。

还有一个很重要的操作：

void swap( vector& v ) throw();

用于交换两个同类型的 vector 的值。它的特点是快速(只需要交换内部的三个指针)，不产生异常。这在写一些保证异常安全的程序时非常有用。

事实上，swap() 基本上已经被当作类似于 operator=() 的一个“值”类型应该提供的基本操作，::std::swap() 也应该为用户定义的类型进行特例化，调用相应的类的成员 swap() 函数：

struct MyVal

{

// blah blah.

void swap( MyVal& ) throw();

};

namespace std {

template<>

void swap( MyVal& a, MyVal& b )

{ a.swap( b ); }

}

关于 swap()，值得专文讨论。这里我们只指出，vector<T>::swap() 是快速的，不抛出异常的，很有价值。

11. 使用 vector 时的存储管理策略

从前面的介绍中可以看到，vector 的自动存储分配是指数式的增加存储空间，而且永不缩小已经分配的空间。这在大多数情况下是合适的。 如果应用程序事先知道要用到的元素个数，可以先调用 reserve() 来保留(分配)空间，这样可以避免以后增加元素时不必要的重新分配和元素拷贝：

IntVector v;

v.reserve( 100 );

for( int i = 0; i < 100; ++i )

v.push_back( i );

请注意，reserve() 和 resize() 是本质上完全不同的。reserve(n) 保留的是未使用而能够使用的原始空间，而 resize(n) 是真的创建了 n 个对象:

IntVector v;

v.resize( 100 ); // v 已经包含 100 个 0.

for( int i = 0; i < 100; ++i )

v[i] = i; // 可以赋值

有时候，一个 vector 可能增长到较多个元素，然后又减少到较少的元素个数，这时，可能希望缩小 vector 分配的空间以节约内存。CArray<> 中提供了 FreeExtra()，但 vector<> 并没有提供相应的函数。这时必须进行复制：

IntVector(v).swap( v );

有一种看法认为拷贝构造函数同时也复制了capacity()，而标准中并没有很明确地指出这一点，因此更安全的方法是

IntVector(v.begin(),v.end()).swap(v);

如果一个 vector 中可能要存储的元素个数较多(例如，超过100个)，而且事先无法确定其个数(因此无法调用 reserve())，那么通常 vector 不是一个恰当的数据结构，应该考虑用 ::std::deque<>。与 vector<> 相比，deque<>不保证背后的存储空间是连续的(因此象上面的WaitForMultipleObjects()中的应用不能用 deque<HANDLE> 代替)，但有较好的伸缩性，还可以在数组的前端用 push_front()/pop_front() 增减元素(hence its name, doubly endedqueue)。