C++ STL 容器全解之 vector by 彭于斌（ @archibate ） 往期录播： https://www.bilibili.com/video/BV1fa411r7zp 课程 PPT 和代码： https://github.com/parallel101/course C++ 标准库五大件：容器（ container ） C++ 标准库五大件：迭代器（ iterator STL 侯捷 STL vector 容器 vector 容器：构造函数 • vector 的功能是长度可变的数组，他里面的数据 存储在堆上。 • vector 是一个模板类，第一个模板参数是数组里 元素的类型。 • 例如，声明一个元素是 int 类型的动态数组 a ： • vector a; vector 容器：构造函数和 size • vector 可以在构造时指定初始长度。 explicit vector(size_t n); • 例如，要创建一个长度为 4 的 int 型数组 ： • vector a(4); • 之后可以通过 a.size() 获得数组的长度。 • 比如右边这段代码会得到 4 。 • size_t size() const noexcept; vector 容器： operator[] • 要访问 vector 里的元素，只需用

https://github.com/parallel101/course 上期回顾： https://www.bilibili.com/video/BV1qF411T7sd 课程安排 1. vector 容器初体验 & 迭代器入门 (BV1qF411T7sd) 2. 你所不知道的 set 容器 & 迭代器分类 ( 本期 ) 3. string ， string_view ， const char 9. allocator ，内存管理与对象生命周期 set 和 vector 的区别 • 都是能存储一连串数据的容器 。 • 区别 1 ： set 会自动给其中的 元素从小到大排序，而 vector 会保持插入时的顺序。 • 区别 2 ： set 会把重复的元素 去除，只保留一个，即去重。 • 区别 3 ： vector 中的元素在内 存中是连续的，可以高效地按 索引随机访问， set set 则不行。 • 区别 4 ： set 中的元素可以高 效地按值查找，而 vector 则 低效。 set 的排序： string 会按“字典序”来排 • set 会从小到大排序，对 int 来 说就是数值的大小比较。那么对 字符串类型 string 要怎么排序 呢？ • 其实 string 类定义了运算符重 载 < ，他会按字典序比较两个 字符串。所谓字典序就是优先比 较两者第一个字符（按

signed integer type corresponding to std::size_t22 Literal Suffix for size_t  Use case: std::vector data{ 11, 22, 33 }; for (auto i = 0, count = data.size(); i < count; ++i) { /* ... */ }  Doesn’t  Example: void process(int&& value) { std::println("{}", value); } void process_all(const std::vector& data) { for (auto& i : data) { process(auto(i)); } }25 Agenda  C++23 Core Language Formatting Improvements38  Format ranges using std::format(), print(), and println()  Example: std::vector> v { {1, 2}, { 3, 4 } }; std::println("{}", v); // [(1, 2), (3, 4)] std::set

0 码力 | 105 页 | 759.96 KB | 6 月前

3

cpu std::vector x(N); std::vector y(N); // … // gpu // ??? // ??? // … 15 |• Added in C++17: • std::pmr::memory_resource • std::pmr::polymorphic_allocator • std::pmr::vector • std: er_resource • … std::pmr 16 |// gpu unified_memory_resource mem; std::pmr::vector x(N, &mem); std::pmr::vector y(N, &mem); // … Memory Allocation 17 |struct unified_memory_resource mem; std::pmr::vector x(N, &mem); std::pmr::vector y(N, &mem); // … Memory Allocation 21 |Avoid References to Objects Not in Unified Memory void add_cpu( int n, vector const&

直接读写，避免了从主内存读写的超高延迟。 • 下次课会进一步深入探讨访存优化，详细剖析 这个案例，那么下周六 14 点敬请期待。 第 6 章：并发容器 std::vector 扩容时会移动元素 • std::vector 内部存储了一个指针，指向一段容量 capacity 大于等于其 size 的内存。 • 众所周知， push_back 会导致 size 加 1 ，但 当他看到容量 就不需要动态扩容，从 而避免了元素被移动造成指针和迭代器失 效。 不连续的 tbb::concurrent_vector • std::vector 造成指针失效的根本原因在于他 必须保证内存是连续的，从而不得不在扩容 时移动元素。 • 因此可以用 tbb::concurrent_vector ，他不 保证元素在内存中是连续的。换来的优点是 push_back 进去的元素，扩容时不需要移动 tbb::concurrent_vector 还是一个多 线程安全的容器，能够被多个线程同时并 发地 grow_by 或 push_back 而不出错 。 • 而 std::vector 只有只读的 .size() 和 [] 运算符是安全的，且不能和写入的 push_back 等一起用，否则需要用读写锁 保护。 不建议通过索引随机访问 • 因为 tbb::concurrent_vector 内存不连续

封装 std::vector 的秘密：第二模板参数 • 你知道吗？ std::vector 作为模板类，其实有两个模板参数： std::vector • 那为什么我们平时只用了 std::vector 呢？因为第二个参数默认是 std::allocator 。 • 也就是 std::vector 等价于 std::vector> 接口 • vector 会调用 std::allocator 的 allocate/deallocate 成员 函数，他又会去调用标准库的 malloc/free 分配和释放内存空间 （即他分配是的 CPU 内存）。 • 我们可以自己定义一个和 std::allocator 一样具有 allocate/deallocate 成员函数的类，这样就可以“骗过” vector ， 让他不是在 ，因为他提升了标准库的泛用性。 进一步：避免初始化为 0 • vector 在初始化的时候（或是之后 resize 的时候）会调用所 有元素的无参构造函数，对 int 类型来说就是零初始化。然而 这个初始化会是在 CPU 上做的，因此我们需要禁用他。 • 可以通过给 allocator 添加 construct 成员函数，来魔改 vector 对元素的构造。默认情况下他可以有任意多个参数，而 如果没有参数则说明是无参构造函数。

C++20 作为扩展阅读。 C++ 有哪些面向对象思想？ C++ 思想：封装 比如要表达一个数组，需要：起始地址指针 v ，数组大小 nv 将多个逻辑上相关的变量包装成一个类 因此 C++ 的 vector 将他俩打包起来，避免程序员犯错 封装：不变性 比如当我要设置数组大小为 4 时，不能只 nv = 4 还要重新分配数组内存，从而修改数组起始地址 v 常遇到：当需要修改一个成员时，其他也成员需要被修改，否则出错 () 强制转换。 • 否则 show(80) 也能编译通过！ • 所以，如果你不希望这种隐式转换， • 请给单参数的构造函数加上 explicit 。 • 比如 std::vector 的构造函数 vector(size_t n) 也是 explicit 的。 explicit 对多个参数也起作用！ • 多个参数时， explicit 的作用体现在禁止 从一个 {} 表达式初始化。 动生成。其他函数同理。 恭喜：你已经基本学废构造函数啦！ • 《基本学废》！接下来着重介绍一下全家桶里的函数。 构造函数！ 编写我们自己的 vector 类！ 看来 vector 也不过如此！让我们自己实现一个 Vector 类试试看 吧 It works! 这个 Vector 类有哪些问题？ 三五法则：规则类怪谈 1. 如果一个类定义了解构函数，那么您必须同时定义 或删除拷贝构造函数和拷贝赋值函数，否则出错。

用方括号 [ ] 取出 map 元素居然是错误的！ 能不能在遍历的同时删除元素？安全吗？ emplace ， emplace_hint ， try_emplace 的区别？ 课程安排 1. vector 容器初体验 & 迭代器入门 (BV1qF411T7sd) 2. 你所不知道的 set 容器 & 迭代器分类 (BV1m34y157wb) 3. string ， string_view ， const “ hello” 赋值的 1 ，为何读出来 成了 0 ，殊不知是自己打错字了。 • 如果用 items.at(“hell”) 会直接报错，反而好排查。 [] 运用举例：出现次数统计 • vector input = {“hello”, “world”, “hello”}; • map counter; • for (auto const &key: } • 则 counter 最后为： • {“hello”: 2, “world”: 1}; [] 运用举例：归类 • vector input = {“happy”, “world”, “hello”}; • mapvector> categories; • for (auto const &str: input) { • char

https://github.com/parallel101/course 上期回顾： https://www.bilibili.com/video/BV1m34y157wb 课程安排 1. vector 容器初体验 & 迭代器入门 (BV1qF411T7sd) 2. 你所不知道的 set 容器 & 迭代器分类 (BV1m34y157wb) 3. string ， 具有 + 、 += 、 == 等直观的运算符重载： • string(“hello”) + string(“world”) == string(“helloworld”) • string 符合 vector 的接口，例如 begin/end/size/resize…… • string 有一系列成员函数，例如 find/replace/substr…… • string 可以通过 s.c_str() 时，试试把 [] 都改 成 at 。 at 获取指定位置的字符 获取字符串长度有两种写法…… • 有两种写法， s.length() 和 s.size() 等价。 • 其中 size 是和 vector 一样的名字，方便程序员理解。 • 但是为什么标准委员会还要发明一个一模一样的 length ？ • 小彭老师只能说是“孔乙己直呼内行”了。 substr 切下一段子字符串 • 函数原型为：

数组就完全不会被读取，不会占用内 存带宽，从而带宽利用率是 100% ，因此比 AOS 快了 2 倍。 AOSOA ：两者得兼 • 还有一种办法就是让 MyClass 内部是 SOA ，而外部仍是一个 vector 的 AOS—— 这种内存布局称为 AOSOA 。 • 缺点是必须保证数量是 1024 的整数倍， 而且因为要两次指标索引，随机访问比较 烦。 • 这里的 1024 这个结论，是单从内存访问效率来看的，需 要 SIMD 矢量化的话可能还是要 SOA 或 AOSOA ，比如 hw04 那种的。而 “ pos 和 vel 应该用 SOA 分开存”是没问题的。 • 而且 SOA 在遇到存储不是 vector ，而是稀疏的哈希网格之类索引有一定 开销的数据结构，可能就不适合了。这就是为什么王鑫磊最喜欢 AOSOA ：在高层保持 AOS 的统一索引，底层又享受 SOA 带来的矢量化 和缓存行预取等好处……就是随机索引比较麻烦。 进亿步优化，出于时间原因就没继续深入， 同学们可以课后研究一下。 第 5 章：内存分配与分页 vector ：写入两次，时间都是一样的（理所当然） malloc ：写入两次，第一次明显比第二次慢？ new int[n] ：和 malloc 一样，写入两次，第一次明显比第二次慢？ new int[n]{} ：后面加个花括号，就和 vector 一样，两次一样快了 结论 • 原理，当调用 malloc 时，操作系