数据结构（一）：数组篇

看、未来

发布于 2021-09-18 10:09:02

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C数组

什么是数组

所谓数组，就是相同数据类型的元素按一定顺序排列的集合，就是把有限个类型相同的变量用一个名字命名，然后用编号区分他们的变量的集合，这个名字称为数组名，编号称为下标。组成数组的各个变量称为数组的分量，也称为数组的元素，有时也称为下标变量。数组是在程序设计中，为了处理方便，把具有相同类型的若干变量按有序的形式组织起来的一种形式。这些按序排列的同类数据元素的集合称为数组。

数组初始化

一维数组初始化：
: 标准方式一： int value[100]; // value[i]的值不定，没有初始化
: 标准方式二： int value[100] = {1,2}; // value[0]和value[1]的值分别为1和2，而没有定义的value[i>1]
:                                  // 则初始化为0
: 指针方式： int* value = new int[n]; // 未初始化
:            delete []value;  // 一定不能忘了删除数组空间
:
: 二维数组初始化：
: 标准方式一： int value[9][9]; // value[i][j]的值不定，没有初始化
: 标准方式二： int value[9][9] = {{1,1},{2}}； //value[0][0,1]和value[1][0]的值初始化，其他初始化为0
: 指针方式一： int (*value)[n] = new int[m][n];
:              delete []value; // n必须为常量，调用直观。未初始化
: 指针方式二： int** value = new int* [m];
:              for(i) value[i] = new int[n];
:              for(i) delete []value[i];
:              delete []value; // 多次析构，存储麻烦，未初始化
: 指针方式三： int * value = new int[3][4]; // 数组的存储是按行存储的
:              delete []value; // 一定要进行内存释放，否则会造成内存泄露
:
: 多维数组初始化：
: 指针方式： int * value = new int[m][3][4]; // 只有第一维可以是变量，其他几维必须都是常量，否则会报错
:            delete []value; // 一定要进行内存释放，否则会造成内存泄露

访问数组元素

即使整个数组只有一个名称，这些元素也可以作为单独的变量进行访问和使用。

之所以可以实现这一点，是因为每个元素都分配有一个称为下标的数字。下标用作一个索引来精确定位一个数组中的特定元素，第一个元素分配下标 0，第二个元素分配下标 1，依此类推。

C++中没有数组边界检查

C++ 不执行数组边界检查。这意味着程序员编写的程序，可能会意外地允许一个数组的下标越界。

究竟发生什么取决于系统如何管理内存。在许多系统上，它会导致附近其他变量的内容被覆盖，失去正确的值。在某些系统上甚至会导致死机。

下面程序演示了当数组下标越界时，程序编写者的计算机上发生了什么。它证明存储在一个数组中的数据会覆盖另一个数组中的数据：

#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    const int SIZE = 3;
    int A[SIZE] = {1, 1, 1};
    int B[SIZE];
    cout << "Here are the original numbers in 3-element array A: ";
    for (int count = 0; count < 3; count++)
        cout << A[count] << " ";
    cout << "\n\nNow I'm storing 7 numbers in 3-element array B.";
    for (int count = 0; count < 7; count++)
        B[count] =5;
   
    cout << "\nlf you see this message, the computer did not crash.";
    cout << "\n\nHere are the 7 numbers in array B : ";
    for (int count = 0; count < 7; count++)
        cout << B [count] << " ";
    cout << "\nHere are the numbers now in array A: ";
    for (int count = 0; count < 3; count ++)
        cout << A [count] <<" ";
    cout << "\n\nArray A's values were overwritten by \n"
    << "the values that did not fit in Array B. \n";
    return 0;
}

运行结果：

Here are the original numbers in 3-element array A: 1 1 1

Now I'm storing 7 numbers in 3-element array B.
lf you see this message, the computer did not crash.

Here are the 7 numbers in array B : 5 5 5 5 5 5 5
Here are the numbers now in array A: 5 5 5

Array A's values were overwritten by
the values that did not fit in Array B.

解释：

其实我也不知道为什么不把这个问题给办了，所以就参考我前边那句话吧，我读书少，不要问我。

细节决定成败

直接初始化字符数组char是特殊的，这种初始化需要一个null作为结尾的。如下：

char a1[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o'};  // 初始化，没有 null
char a2[] = {'h', 'e', 'l', 'l', 'o', '\0'};   // 初始化，明确有 null
char a3[] = "hello";  // null 终止符自动添加
const char a4[5] = "hello";  // 报错，没有 null 的位置

数组的大小是固定的，不能额外增加元素，当想定义不固定大小的字符时，使用vector

vector<int> vec;  // 创建向量用于存储整型数据
int m;
// 显示vec初始大小
cout << "vector size = " << vec.size() << endl;
// 向向量vec追加5个整数值
for(int m = 0; m < 5; m++)
    vec.push_back(m);
// 显示追加后vec的大小
cout << "追加后的vector size = " << vec.size() << endl;

数组初始化时可以用聚合方法，但是赋值时候不可以用聚合方法。举例如下：

int array[] = {5,10,20,40};   // 合法

int array[];
int main()
{
    array[] = {5,10,20,40}; // 不合法
    return 0;
}

传递数组给函数

C++ 中，可以通过指定不带索引的数组名来传递一个指向数组的指针。

C++ 传数组给一个函数，数组类型自动转换为指针类型，因而传的实际是地址。

如果想要在函数中传递一个一维数组作为参数，可以用下面三种方式来声明函数形式参数，这三种声明方式的结果是一样的，因为每种方式都会告诉编译器将要接收一个整型指针。同样地，也可以传递一个多维数组作为形式参数。

//形参是一个指针：
void myFunction(int *param)
{
···
}

//形参是一个已定义大小的数组：
void myFunction(int param[10])
{
···
}

//形参是一个已定义大小的数组：
void myFunction(int param[])
{
···
}

STL::vector

vector 简介

vector可用于代替C中的数组，或者MFC中的CArray，从许多说明文档或者网上评论，一般一致认为应该多用vector，因为它的效率更高，而且具备很好的异常安全性。而且vector是STL推荐使用的默认容器，除非你知道你有特殊需要，使用vector不能满足你的需求，例如需要容器在head和tail高效的插入和删除，或者在任何位置高效的删除和插入操作，那么你可能使用deque或者list更加合适。

vector是连续内存容器，换句话说，标准要求所有标准库实现的时候，vector中的元素的内存必须是连续的。所以对于插入和删除的时间复杂度是很高的，因为删除或者插入的时候，需要元素的移动，即元素复制拷贝。

vector的内部实现一般需要用到placement new ，所以效率很高，因为很多的时候，只要我们是使用得到，就可以省去很多的内存分配开销。而且vector的使用，元素可以没有默认的构造函数，但是需要拷贝构造函数的存在，这是使用CArray所无法实现的。

vector 接口

#include <vector>	//这是头

创建

vector<int> test;	//初始化一个Vector实例，用于存放int型数据，实例名字叫test

vector<int> test2 = test;	//以test1为标准创建test2

再看一个vector<int>test3(10);

创建一个vector容器，大小为10，内容默认置空

不是很建议这种做法啊，往里面插成段的值的时候只能插入第一个，后面就无法插入了。

再说了，你不用自己分配空间，STL都给你安排的好好的。

当然，初始化方式千千万，放多了反而让人眼花缭乱，会基本的最实用的够了。

插入元素

test.insert(test.begin()+i,a);	//在第i个元素前插入a

test.insert(test.begin()+i,te2.begin(),te2.end());	
//插入一段相同数据类型数据，第一个参数放插入位置（指针/迭代器形式），第二三个参数放待插入元素起始位置

test.push_back(a);	//往尾部插入

删除元素

test.erase(test.begin());
test.erase(test.begin(),test.begin()+5);//删除区间(第一个元素到第五个元素)

test.clear();	//清空

test.pop_back();	//删除尾部元素

删除呢，还有个比较灵活的方式：

test.erase(it);	//这个it是迭代器

关于删除有一个必须·要注意的点：在foreach的时候进行删除操作，需要注意：

C++编程经验（5）：vector的遍历删除

遍历元素当然，你可以使用数组下标形式访问元素，因为vector重载了 [] 操作，不过不建议。虽然是很方便，但是有诸多限制，要是随便就任你操作数据，那人家封装起来干什么？我们应该养成使用下面这种迭代器访问的方式。

vector<int>::iterator it;	//初始化一个vector<int>类型的迭代器
for(it = test.begin();it!=test.end();it++)	//从头遍历到尾
{
	cout<<*it<<endl;	//取出内容
}

关于迭代器还需要知道的是：vector的迭代器支持前后向，及重载了 +，—，++，-- 操作。

还有一个叫at()的函数，这个好用。

test.at(2);		//用这个比直接用下标要好的地方在于它会检测越界

头尾指针这四个函数的区别要清楚：begin()、end()、front()、back()。我喜欢称它们为头尾指针。我也不知道为什么有人要就这些区别长篇大论。

begin()：指向容器的第一个元素的地址。
front()：指向容器的第一个元素的值。
end()：和begin()配套
back()：和front()配套

容器容量

test.size();	//容器已存入数据量
test.capacity();	//容器还能存多少数据量

其实不用担心容器不够大，容量要满的时候它会自己扩容。

排序

#include<algorithm>
/*test.*/sort(test.begin(),test.end());	//从头到尾，默认从小到大排序
这里要非常注意，前面那个test. 被我注释掉了，因为sort是属于算法范畴，不是容器的类方法。

//一般排序都是要自定义排序的：
bool Comp(const int &a,const int &b)
{
    return a>b;
}
sort(test.begin(),test.end(),Comp);	//这样就降序排序。

其他

swap(test,test2);	//交换test和test2中的数据

test.resize(20);	//重置大小

reverse(test);		//元素翻转

如果要问为什么没有 “修改数据的部分”，参见第四点“遍历数据”。

10、unique()函数

这个函数用来清理容器中的重复项，但前提是容器经过排序了。

而且，它不提供删除操作，只是把重复项移到容器后面的部分，所以直接size()的话大小是不会变的。

如果要清理重复项，这样：nums.erase(unique(nums.begin(),nums.end()),nums.end());

最后再提一下两个头文件：

#include<vector>	//vector类相关
#include<algorithm>	//容器算法

vector的元素不仅仅可以是int,double,string,还可以是结构体，但是要注意：结构体要定义为全局的，否则会出错。

特别注意：

使用vector需要注意以下几点：

1、如果你要表示的向量长度较长（需要为向量内部保存很多数），容易导致内存泄漏，而且效率会很低；

2、Vector作为函数的参数或者返回值时，需要注意它的写法：

double Distance(vector<int>&a, vector<int>&b) 其中的“&”绝对不能少！！

Vector的数据结构

所谓动态增添大小，并不是在原有空间之后再开辟空间，显然那也不太现实。

而是以原大小的两倍大小寻找一块新空间，将内容真实的拷贝过去，然后释放原空间。

不过就算删除元素过半也不会将内存放出来。

但是，需要牢记的一点是：对于Vector的一切操作，一旦引起空间的重新分配，那么指向原有空间的迭代器将会全部失效。

关于这点，我也做了一个测试代码：

可测可不测，结果我都注释好了

#include <iostream>

#include<vector>

using namespace std;

int main()
{
    vector<int> vec1;
    //vector<int>::iterator it1 = vec1.begin();
    //放这里试试
    vec1.push_back(1);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//1
    vec1.push_back(6);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//2
    vec1.push_back(5);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//4
    vec1.push_back(4);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//4
    vec1.push_back(3);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//8
    //vector<int>::iterator it1 = vec1.begin();
    //放这里试试
    vec1.push_back(3);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//8
    vec1.push_back(3);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//8
    vec1.push_back(3);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//8
    vec1.push_back(2);
     cout<<"left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//16

    vector<int>::iterator it1 = vec1.begin();
//这个循环用于在6之后插入4
    while (it1 != vec1.end())
    {
        if (3 == *it1)
        {
            vec1.insert(it1+1, 4);
            cout<<"insert:"<<*it1<<endl;
        }
        it1++;
    }

//执行完插入操作，将值全部打印
    for(it1 = vec1.begin();it1!=vec1.end();it1++)
    {
        cout<<*it1<<endl;
    }
    cout<<"it1over"<<endl;

//准备执行对元素‘3’的删除
    vector<int>::iterator it2 = vec1.begin() ;
    while (it2 != vec1.end())
    {
        if (3 == *it2)
        {
             it2 =vec1.erase(it2);
             cout<<"delete:"<<*it2<<endl;
        }
        else
            it2++;
    }
//执行完删除操作，将容器数据进行打印
    for(it2 = vec1.begin();it2!=vec1.end();it2++)
    {
        cout<<*it2<<endl;
    }
    cout<<"it2over"<<endl;

//为测试方便，这里直接清空Vector，看看它放不放空间
    vec1.clear();
    cout<<"clear left size :"<<vec1.capacity()<<endl;	//16
    return 0;
}