深入解剖STL Vector：从底层原理到核心接口的灵活运用
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文章目录
前言
回想初次接触STL时，面对庞大知识体系和复杂底层实现的那种茫然感，至今记忆犹新。
最近，十几个小时的钻研，无数次的调试与画图，我终于将网上学习，《STL源码剖析》中vector这一章的精华，结合自己的理解整理成文。
这篇文章记录了我啃源码时的一个个“顿悟”时刻——从最初只把vector当作“会变大的数组”，到真正看懂它的迭代器设计、内存管理和性能奥秘。侯捷老师的书让我明白：真正掌握一个工具，必须看到它最底层的模样。
现在我把这份万字长文分享给你。这里有vector的完整解剖图，有每个关键操作背后的源码逻辑，更有从实践中总结的使用技巧。
让我们一起，从使用者变为真正的理解者。
希望这篇文章能成为你深入STL世界的第一步。
1.vector概述
vector的数据安排以及操作方式于array非常相似，二者唯一差别在于对空间的灵活运用。
array是静态空间，一旦配置，不能改变，用户要重新配置空间，移动元素，释放旧空间。vector的内部机制会自行扩充空间。
因此vector给我们带来了很大的灵活性，不用担心空间不够用，而去开一个大array。
vector的技术实现在于对大小的控制以及数据分配时的移动效率。
引：如果旧空间用满了，每加一个元素就扩容，（配置新空间，挪动数据，释放旧空间），时间成本高，实为不智，所以应有未雨绸缪的考虑。
2.vector的迭代器
vector维护的是一个连续的线性空间，普通的指针可以满足要求，操作行为如：operator*,operator->,operator++,operator–,operator+,operator-,operator+=,operator-=,vector支持随机存取，而普通指针正有这样的能力。
底层代码：
//vector的迭代器template<classT,classAlloc= alloc>classvector{public:typedef T value_type; tyoedef value_type* iterator;//vector的迭代器是普通指针//...};3.vector的数据结构
非常简单，现象连续空间，用两个迭代器start，finish分别指向配置得来的连续空间被已使用的范围，用迭代器end_of_storage指向整块连续空间（含备用空间）的尾端：其实就是最后一个空间的下一个位置。
底层代码：
template<classT,classAlloc= alloc>classvector{//...protected: iterator start;//目前使用空间的头 iterator finish;//目前使用空间的尾 iterator end_of_storage;//目前可用空间的尾};为降低空间配置速度成本，vector实际配置的大小可能比用户需求更大，以备扩容，这就是容量（capacity），vector的容量大于等于其大小。
运用start,finish,end_of_storage三个迭代器可以容易实现大小，容量，首尾，判断，[], begin(),end()……
底层代码：
//用start,finish,end_of_storage实现template<classT,classAlloc= alloc>classvector{//...public: iterator begin(){return start;} iterator end(){return finish;} iterator size(){returnsize_type(end()-begin());} size_type capacity()const{returnsize_type(end_of_storage -begin());}boolempty()const{returnbegin()==end();} reference operator[](size_type n){return*(begin()+ n);} reference front(){return*begin();} reference back(){return*(end()-1);}};4.vector的构造和内存管理
在gcc编译器下是2倍扩容，MSVC是1.5倍扩容。（扩大，size()）
如下：
#include<iostream>#include<vector>#include<algorithm>usingnamespace std;intmain(){ vector<int>iv(2,9); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=2 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=2 iv.push_back(1); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=3 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=4 iv.push_back(2); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=4 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=4 iv.push_back(3); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=5 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8 iv.push_back(4); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=6 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8for(int i =0; i < iv.size();++i) cout << iv[i]<<' ';//9 9 1 2 3 4 cout << endl; iv.push_back(5); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=7 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8for(int i =0; i < iv.size();++i) cout << iv[i]<<' ';//9 9 1 2 3 4 5 cout << endl; iv.pop_back(); iv.pop_back(); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=5 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8 iv.pop_back(); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=4 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8 vector<int>::iterator ivite =find(iv.begin(), iv.end(),1);if(ivite != iv.end()) iv.erase(ivite); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=3 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8for(int i =0; i < iv.size();++i) cout << iv[i]<<' ';//9 9 2 cout << endl; ivite =find(iv.begin(), iv.end(),2);if(ivite != iv.end()) iv.insert(ivite,3,7); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=6 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8for(int i =0; i < iv.size();++i) cout << iv[i]<<' ';//9 9 7 7 7 2 cout << endl; iv.clear(); cout <<"size="<< iv.size()<< endl;//size=0 cout <<"capacity="<< iv.capacity()<< endl;//capacity=8}gcc(linux):
MSVC(vs):
vector提供许多constructors:
底层代码：
//构造函数，允许指定vector的大小和初值vector(size_type n,const T& value){fill_initialize(n, value);}//填充并初始化voidfill_initialize(size_type n,const T& value){ start =allocate_and_fill(n, value); finish = start + n; end_of_storage = finish;}//配置后填充 iterator allocate_and_fill(size_type n,const T& x){ iterator result = data_allocator::allocate(n);uninitialized_fill_n(result, n, x);return result;}push_back()尾插元素时，检查是否还有备用空间，有就在其上插入元素，调整finish，vector变大，没有，就扩容（重新配置，移动数据，释放旧空间）
底层代码：
（篇幅有限，这里只做简略，全局函数具体实现未详细写出）
//尾插voidpush_back(const T& x){if(finish != end_of_storage){construct(finish, x);++finish;}elseinsert_aux(end(), x);}template<classT,classAlloc>voidvector<T, Alloc>::insert_aux(iterator position const T& x){if(finish != end_of_storage){//还有备用空间，在其上构造元素，以最后一个元素为初值construct(finish,*(finish -1))++finish; T x_copy = x;copy_bakword(position, finish -2, finish -1);*position = x_copy;}else{//无备用空间const size_type old_size =size();const size_type len = old_size !=0?2* old_zie :1;//原大小为0，变为1；不为0，变为2倍；前半段放原数据，后半段放新数据 iterator new_start = data_allocator::allocate(len); iterator new_finish = new_start;try{ new_finish =uninitialized_copy(start, position, new_start);construct(new_finish, x);++new_finish; new_finish =uninitialize_copy(position, finish, new_finish);}//...//析构并释放原vectordestroy(begin(),end());deallocate();//调整迭代器，指向新的vector start = new_start; finish = new_finish; end_of_storage = new_start + len;}}动态增加大小，不是在原空间后连续接新空间，因为不能保证后面有足够且可分配的空间，以原来两倍的大小配置一块新空间，将原来空间的内容拷贝过来，更新构造元素，释放旧空间。
5.vector的元素操作
pop_back,erase,clear,insert
底层代码：
//尾删voidpop_back(){--finish;destroy(finish);}//清除[first,last)所有元素 iterator erase(iterator first, iterator last){ iterator i =copy(last, finish, first);destroy(i, finish); finish = finish -(last - first);return first;}//删除某个 iterator erase(iterator position){if(position +1!=end())copy(position +1, finish, position);//全局函数--finish;destroy(finish);return position;}voidclear(){erase(begin(),end());}erase逻辑：
insert逻辑：
6.接口具体使用介绍
6.1.constructor
#include<vector>#include<iostream>usingnamespace std;//构造与访问voidtest_vector1(){ vector<int> v1; vector<int>v2(10,1); vector<int>v3(v2.begin(), v2.end());for(size_t i =0; i < v3.size(); i++){ cout << v3[i]<<" ";//用[] 访问} cout << endl; vector<int>::iterator it = v3.begin();while(it != v3.end()){ cout <<*it <<" ";//迭代器++it;} cout << endl;for(auto e : v3){//范围for，底层就是迭代器 cout << e <<" ";} cout << endl;}intmain(){test_vector1();return0;}6.2.resize
n < size(),删除数据，不缩容，n > size(),空间不够，扩容。
不支持头插，头删， 支持尾插，尾删（v.push_bacK(), v.pop_back()）
6.3.reserve
要求向量容量至少能够容纳n个元素。
若n大于当前向量容量，该函数将导致容器重新分配存储空间，使其容量增加至n（或更大）。
其他情况，string : n比size()小最多也就缩容到size()，不会影响长度，内容。vector: vs,linux 不缩容
voidtest_vector2(){//不缩容 vector<int>v(10,1); v.reserve(20); cout << v.size()<< endl; cout << v.capacity()<< endl; v.reserve(20); cout << v.size()<< endl; cout << v.capacity()<< endl; v.reserve(5); cout << v.size()<< endl; cout << v.capacity()<< endl;}6.4.insert
只支持迭代器
v.insert(v.begin(), 1);
v.insert(v.begin() + 3, 2); 3后插入
为了STL统一，因为后面list那些没有下标的概念。
insert,erase本质上要挪动数据，效率低。
6.5.erase
v.erase(v.begin());
v.rease(v.begin() + 1, begin() + 4); 2~5
voidtest_vector3(){ vector<int>v(5,6); v.push_back(7); v.insert(v.begin(),1); v.insert(v.begin()+3,9);for(auto e : v){ cout << e <<" ";} cout << endl; v.pop_back(); v.erase(v.begin()); v.erase(v.begin()+1, v.begin()+4);for(auto e : v){ cout << e <<" ";} cout << endl;}v.clear()清除所有数据
vector可以比较大小
vector不支持流插入/提取,很灵活。
vector v; （没有\0）不能代替string(有\0，兼容c语言)。string还有很多需求和特性。
vector, vector<vecotr> , (二维数组)，还可存自定义类型， 范围for里面用引用，减少拷贝。
voidtest_vector4(){ vector<string> v1; string s1("xxxx"); v1.push_back(s1); v1.push_back("yyyyy");for(constauto& e : v1)//每次都是取得string,&减少拷贝，const不变{ cout << e <<" ";} cout << endl;//二维数组 10 * 5 vector<int>v(5,1); vector<vector<int>>vv(10, v); vv[2][1]=2;//实际是连续的两个operator[][]的调用//vv.operator[](2).operator[](1) = 2; 两个operator[]不同for(size_t i =0; i < vv.size(); i++){for(size_t j =0; j < vv[i].size();++j){ cout << vv[i][j]<<" ";} cout << endl;} cout << endl;}加油！志同道合的人会看到同一片风景。
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