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hello~同学们好，本文将深入探讨 c++ 中的 vector 容器，作为标准模板库（stl）中最常用的动态数组之一，vector 提供了灵活的元素存储和高效的访问方法。我们将从基础知识入手，逐步学习其创建、初始化、遍历、空间管理以及增删查改等操作。通过详细的示例和解析，希望能够帮助读者全面理解和掌握 vector 的使用技巧和注意事项。
一:vector简介
vector文档
- vector是表示可变大小数组的序列容器。
- 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
- 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
- vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
- 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
- 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好。
使用stl的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习
二:vector的创建和初始化
要包头文件#include<vector>
// 默认构造函数，创建一个空的 vector
vector<int> v1;
// 创建一个包含 4 个默认初始化元素（值为 0）的 vector
vector<int> v2(4);
// 创建一个包含 4 个元素，每个元素初始化为 10 的 vector
vector<int> v3(4, 10);
// 使用迭代器范围（v3 的起始和结束迭代器）初始化 vector，v4 将包含 v3 的所有元素
vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());
// 拷贝构造函数，创建一个 v2 的副本
vector<int> v5(v2);
// 使用初始化列表创建 vector，v6 将包含 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 这些元素
vector<int> v6 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7};
// 使用 std::string 初始化
string s1("12345"); // 创建一个包含 "12345" 的字符串 s1
// 使用 std::string 的迭代器初始化 std::vector<int>
// 这里每个 char 会隐式转换为其对应的 int（ascii 值）
vector<int> v3(s1.begin(), s1.end()); // 使用字符串的迭代器初始化 vector<int>
vector和string的区别：
三:vector的遍历
1.[]+下标
void test_vector1()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
看一下结果(push_back后面会将，顾名思义也就是尾插）
调试一下看看
2.at()
at() 函数用于访问vector 中的元素，并进行边界检查。与 operator[] 不同，at() 会在访问越界时抛出 std::out_of_range 异常，因此它比 operator[] 更安全，但稍微有点性能开销。
#include <iostream> // 引入输入输出流头文件
#include <vector> // 引入 vector 容器头文件
#include <stdexcept> // 引入标准异常头文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int main() {
vector<int> vec = { 10, 20, 30, 40, 50 }; // 初始化一个包含五个整数的 vector
// 正常访问 vector 的元素
try {
for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
cout << "element at index " << i << " is " << vec.at(i) << endl; // 使用 at() 函数访问元素
}
}
catch (const out_of_range& e) {
cerr << "out of range error: " << e.what() << endl; // 捕捉并处理越界访问异常
}
// 尝试访问越界元素
try {
cout << "element at index 10 is " << vec.at(10) << endl; // 访问索引为 10 的元素，这将抛出异常
}
catch (const out_of_range& e) {
cerr << "out of range error————" << e.what() << endl; // 捕捉并处理越界访问异常
}
return 0; // 返回 0 表示程序正常结束
}
3.迭代器遍历
| iterator的使用 | 接口说明 |
|---|---|
| begin +end（重点） | 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator 获取最后一个数据的下一个位置 的iterator/const_iterator |
| rbegin + rend | 获取最后一个数据位置的reverse_iterator 获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator |
迭代器访问+修改
vector<int> v1; // 定义一个空的 vector 容器
v1.push_back(1); // 向容器中添加元素 1
v1.push_back(2); // 向容器中添加元素 2
v1.push_back(3); // 向容器中添加元素 3
v1.push_back(4); // 向容器中添加元素 4
vector<int>::iterator it = v1.begin(); // 初始化迭代器，指向 vector 的起始位置
// 使用 while 循环遍历 vector 的元素
while (it != v1.end()) { // 当迭代器未到达 vector 的末尾时继续循环
*it -= 10; // 将迭代器指向的元素值减去 10
cout << *it << " "; // 打印当前元素值
it++; // 迭代器指向下一个元素
}
cout << endl; // 输出换行符
注意：vector<int>::iterator it = v1.begin();要用vector::指明是什么类型的迭代器。
4.范围for
void vector_traversal_test() {
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 范围for
for (auto e : v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto& e : v) {
e += 10;
cout << e << " ";
}
cout << endl;
//范围for实际上是使用迭代器来遍历容器的
//把上面两个展开其实是下面两个。
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
{
auto e = *it; // 通过迭代器获取当前元素
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
{
auto& e = *it; // 通过迭代器获取当前元素的引用
e += 10; // 修改元素的值
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
四:vector的空间
| size | 获取数据个数 | |
| max_size | 容器所能容纳的最大元素数量 | |
| capacity | 获取容量大小 | |
| resize | 改变vector的size | |
| reserve | 改变vector的capacity | |
| empty | 判断是否为空 |
1.size
size() 函数返回当前 vector 中的元素个数。
2.max_size
max_size() 函数返回 vector 可以容纳的最大元素数量，这个数量通常是一个非常大的值，取决于系统限制和内存可用性。
3.capacity
capacity() 函数返回当前 vector 内部存储空间的容量，即在重新分配之前可以存储的元素数量。
4.reserve
reserve(n) 函数用于请求 vector 预留足够的存储空间，以容纳至少 n 个元素。这样做可以减少因为容器扩展而导致的重新分配操作，提高插入元素的效率。
如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够,就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
void testvectorexpandop()
{
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
v.push_back(i);
if (sz != v.capacity())
{
sz = v.capacity();
cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}
5.resize
resize() 函数用于改变 vector 的大小，即容器中元素的数量。它可以根据传入的参数 n，进行不同的操作：
- 当 n < size 时：
- 容器尾部多余的元素会被销毁。
- capacity 不会改变。
- 当 size <= n <= capacity 时：
- 容器尾部新增加的元素被初始化为默认值（对于 int 类型，默认值是 0）。
- capacity 不会改变。
- 当 n > capacity 时：
- 容器尾部新增加的元素被初始化为默认值。
- size 和 capacity 都会变为 n，并且需要重新分配内存来扩展容器的存储空间。
6.empty
empty() 函数检查 vector 是否为空，如果 vector 中没有元素，则返回 true，否则返回 false。
五:vector的增删查改
| push_back | 尾插 |
|---|---|
| pop_back | 尾删 |
| find | 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口） |
| insert | 在pos位置之前插入数据 |
| erase | 删除pos位置的数据 |
| swap | 交换两个vector的数据空间 |
| assign | 用于将新值分配给向量的元素，替换当前内容，并修改向量的大小 |
1.push_back
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
vector<string> v1;
v1.push_back(" we");
v1.push_back(" all");
v1.push_back(" love");
v1.push_back(" c++");
for (auto e : v1)
{
cout <<e;
}
cout << endl;
2.pop_back
void test_vector5() {
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.pop_back(); // 尾删：3
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.pop_back(); // 尾删：2
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
3.find
思考:为什么string、map、set、都有自己的find而vector和list没有？
#include <algorithm>
void test_vector9()
{
vector<int> v;
v.push_back(9);
v.push_back(9);
v.push_back(6);
vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(),6);
if (it != v.end())
{
cout << "找到啦" << endl;
cout << *it << endl;
}
}
4.insert
void test_vector9()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);
v.push_back(6);
auto it1 = v.begin() + 2;//在第三个位置插入
v.insert(it1, 100);
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}//1 2 100 3 4 5 6
cout << endl;
auto it2 = v.begin() + 4;
v.insert(it2, 3, 90);//在第五个位置插入3个90
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}//1 2 100 3 90 90 90 4 5 6
cout << endl;
vector<int> vec1 = { 1, 2, 6 };
vector<int> vec2 = { 3, 4, 5 };
auto it3 = vec1.begin() + 2; // 在第三个位置插入元素
vec1.insert(it3, vec2.begin(), vec2.end()); // 在位置 it 处插入 vec2 的所有元素
// 现在 vec1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6}
}
注意：pos的类型都是iterator;
5.erase
vector<int> v {1, 2, 3, 4, 5};
// 删除第三个元素
auto it = v.erase(v.begin() + 2);
// v = {1, 2, 4, 5}
for (auto elem : v) {
cout << elem << " ";
}
cout << endl;
// 删除第二个到第四个元素
auto first = v.begin() + 1;
auto last = v.begin() + 4;
v.erase(first, last);
// v = {1, 5}
for (auto elem : v) {
cout << elem << " ";
}
cout << endl;
//注意：[first,last) 是左闭右开的区间所以last可以取v.begin() + 4
- 在调用 erase 后，被移除的元素会被析构，相关的内存也会被释放。
- 对于 erase(iterator first, iterator last)，注意 first 和 last 的有效性和顺序，确保不会越界访问或者非法操作。
- 删除元素后，后续的元素会向前移动填补空缺，保持 vector 的连续性。
- erase 操作可能会导致迭代器失效，因此在使用返回的迭代器之前，要确保其仍然有效。
迭代器失效问题我会放在vector模拟实现(下一篇文章)详细讲解。
6.swap
std::vector 提供了一个成员函数 swap，用于交换两个 vector 对象的内容。这个操作可以快速地交换两个容器的元素，而不需要复制它们的内容。
vector<int> v1 {1, 2, 3};
vector<int> v2 {4, 5, 6};
// 使用 swap 交换两个 vector 的内容
v1.swap(v2);
cout << "after swapping:\n";
cout << "v1: ";
for (auto elem : v1) {
cout << elem << " "; //4 5 6
}
cout << "\nv2: ";
for (auto elem : v2) {
cout << elem << " "; //1 2 3
}
cout << endl;
效果和注意事项
- 内容交换：swap 函数会交换两个 vector 对象的所有元素，包括它们的大小（size）和容量（capacity）。
- 高效性：swap 操作非常高效，因为它只涉及指针的交换，不需要复制元素。这对于大型的 vector 特别有用，可以在不重新分配内存的情况下快速交换数据。
- 迭代器和引用的影响：swap 操作不会使现有的迭代器、引用和指针失效，因此可以安全地在 swap 后继续使用交换后的 vector 对象。
- 使用场景：swap 可以用于重新排序或重新组织数据，也可以用于优化内存使用，比如在算法中交换两个 vector 来实现更高效的数据处理流程。
- 示例： 上面的示例展示了如何使用 swap 将两个 vector 对象的内容进行交换，从而在输出中显示了交换后的结果。
总之，std::vector 的 swap 函数是一个非常有用的工具，能够快速、高效地交换两个 vector 对象的内容，适合在需要优化内存使用或者重新组织数据时使用。
7.assign
void demonstrate_assign() {
// 创建一个空的 vector<int>
vector<int> v;
// 使用 assign(n, value) 方法赋值
v.assign(5, 10); // 用5个10替换当前内容
cout << "after v.assign(5, 10): ";
for (int i : v) {
cout << i << " "; // 输出: 10 10 10 10 10
}
cout << endl;
// 使用 assign(first, last) 方法赋值
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
v.assign(arr, arr + 3); // 用数组的前3个元素替换当前内容
cout << "after v.assign(arr, arr + 3): ";
for (int i : v) {
cout << i << " "; // 输出: 1 2 3
}
cout << endl;
// 使用 vector 的迭代器范围赋值
vector<int> v2 = {7, 8, 9};
v.assign(v2.begin(), v2.end()); // 用v2的所有元素替换当前内容
cout << "after v.assign(v2.begin(), v2.end()): ";
for (int i : v) {
cout << i << " "; // 输出: 7 8 9
}
cout << endl;
}
📜 [ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！
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