C++STL序列式容器——vector容器详解

纵有疾风起，人生不言弃。本文篇幅较长，如有错误请不吝赐教，感谢支持。

一.vector容器基本概念

vector的数据安排以及操作方式，与array非常相似，都是一片连续的储存空间，两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性。

array是静态数组，一旦配置了空间就无法再改变，要换大一点或者小一点的空间，可以，一切琐碎得由自己来，首先配置一块新的空间，然后将旧空间的数据搬往新空间，再释放原来的空间。

vector是动态空间（动态数组），随着元素的加入，它的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素。因此vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必害怕空间不足而一开始就要求一个大块头的array了。

①vector的实现技术：
vector的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率，一旦vector旧空间满了，如果客户每新增一个元素，vector内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为只要是扩充空间（不论多大），其步骤就是“配置新空间-数据移动-释放旧空间”的大工程,时间成本很高，所以为了降低空间配置时的速度成本，vector实际配置的大小可能比客户端需求大一些，以备将来可能的扩充，这边是容量的概念。换句话说，一个vector的容量永远大于或等于其大小，一旦容量等于大小，便是满载，下次再有新增元素，整个vector容器就得另觅居所（配置新空间-数据移动-释放旧空间）。
②vector迭代器：
vector维护一个线性空间，所以不论元素的型别如何，普通指针都可以作为vector的迭代器，因为vector迭代器所需要的操作行为，如operaroe*, operator->, operator++, operator–, operator+, operator-, operator+=, operator-=, 普通指针天生具备。vector支持随机存取，而普通指针正有着这样的能力。所以vector提供的是随机访问迭代器(Random Access Iterators).
③vector的数据结构：
vector所采用的数据结构非常简单，线性连续空间，它以两个迭代器_Myfirst和_Mylast分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器_Myend指向整块连续内存空间的尾端。
④注意：

所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是分配一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。

二.vector常用操作

①vector构造函数

注：使用vector容器时，需包含头文件#include < vector>

函数	解释
vector< T > v;	采用模板实现类实现（显示实例化），默认构造函数，
vector(v.begin(), v.end());	将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身
vector(n, elem);	构造函数将n个elem拷贝给本身。
vector(const vector &vec);	拷贝构造函数，拿另一个vector对象初始化本身

实例：vector构造函数

#include  
#include 
using namespace std;
void printvector(const vector<int>& vec)
{
    for (vector<int>::const_iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
    {
        cout << *it;
    }
    cout << endl;
}
int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3 };//采用模板实现类实现（显示实例化），默认构造函数，
    vector<int> v2(6,1);//构造函数将n个elem拷贝给本身。
    int arr[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    vector<int> v3(arr, arr+sizeof(arr)/ sizeof(arr[0]));//将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身
    vector<int> v4(v1);//拷贝构造函数，拿另一个vector对象初始化本身
    printvector(v1);
    printvector(v2);
    printvector(v3);
    printvector(v4);
    return 0;
}

②特性操作

函数原型	解释
size_t max_size() const;	返回容器的最大长度
size_t capacity() const;	返回容器的容量。
size_t size() const;	返回容器的实际大小（已使用的空间）。
bool empty() const;	判断容器是否为空。
void clear();	清空容器。
void reserve(size_t size);	容器预留size个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问，作用：预开辟空间，避免多次重新分配空间
void shrink_to_fit();	将容器的容量降到实际大小（需要重新分配内存）。
void resize(size_t size);	把容器的实际大小置为size，如果size<实际大小，会截断多出的部分；如果size>实际大小，则以默认值0填充新位置
void resize(size_t size,const T &value);	把容器的实际大小置为size，如果size<实际大小，会截断多出的部分；如果size>实际大小，就用value填充。

实例：reserve和resize辨析：

#include  
#include 
using namespace std;
void printVector(const vector<int>& vec)//形参使用const，避免被修改
{   //const_iterator只读迭代器
	for (vector<int>::const_iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
	{
		cout << *it;
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
    //1.resize开辟空间，并初始化
	//2.reserve开辟空间，但不初始化

	vector<int> v2;
	v2.push_back(1);//尾部插入一个元素
	v2.push_back(2);
	v2.push_back(3);

	cout << "size：" << v2.size() << endl;
	v2.resize(5);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。
	cout << "size：" << v2.size() << endl;
	printvector(v2);
	v2.resize(2);//如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
	cout << "size：" << v2.size() << endl;
	printvector(v2);
	v2.resize(5,6);//如果容器变长，也可以用value填充
	cout << "size：" << v2.size() << endl;
	printvector(v2);

	v2.reserve(20);
	v2.push_back(20);
	printvector(v2);//容器变长了，但并没有初始化
	cout << "size：" << v2.size() << endl;
	cout << "capacity:" << v2.capacity() << endl;

	//cout << v2[10] << endl;//err,不能访问未初始化的空间
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

reserve作用：预开辟空间，避免多次重新分配空间
如果不加reserve预开辟空间，我们看看会重新分配多少次空间。

#include  
#include 
using namespace std;
void test()
{
    vector<int> v;
	int* p = NULL;
	int num = 0;

	for (int i = 0; i < 10001000; i++)
	{
		v.push_back(i);
		if (p != &v[0])
		{
			p = &v[0];
			num++;
		}
	}
	cout << "num=" << num << endl;
	return 0;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

加上v.reserve(10001000);

③元素操作

函数原型	解释
T &operator[](size_t n);	通过[]访问元素，如果越界，不抛异常，程序直接挂掉
T &at(size_t n);	通过at方法获取下标为n的元素，如果n越界，抛出out_of_range异常。
T *data();	返回容器中动态数组的首地址。
const T *data() const;	返回容器中动态数组的首地址。
T &front();	返回第一个元素。
T &back();	返回，最后一个元素。

④赋值操作

作用：通过重载赋值运算符operator=和成员函数assign()，给已存在的容器赋值，将覆盖容器中原有的内容。

函数原型	解释
vector &operator=(const vector &v);	把容器v赋值给当前容器。
assign(beg, end);	将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
void assign(const size_t n, const T& value); ;	将n个value拷贝赋值给本身。
void assign(const size_t n, const T& value);	把n个value给容器赋值。

⑤交换操作

表格一览：

函数原型	解释
void swap(vector &v);	把当前容器与v交换。交换的是动态数组的地址。作品：收缩内存空间。

swap妙用：收缩内存空间

#include  
#include 
using namespace std;
void test()
{
    vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 100000; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}

	cout << "v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "v的实际大小：" << v.size() << endl;
	cout << "----------------" << endl;

	v.resize(10);//将容器的实际大小设置为10，但容量没变
	cout << "resize后v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "resize后v的实际大小：" << v.size() << endl;
	cout << "----------------" << endl;

	vector<int>(v).swap(v);//匿名对象和v对象交换
	//匿名对象调用拷贝构造，匿名对象的容量和实际大小均为10，此时在与v进行交换，做到了收缩内存的目的
	cout << "与匿名对象交换后v的容量:" << v.capacity() << endl;
	cout << "与匿名对象交换后v的实际大小：" << v.size() << endl;
}
int main()
{
	test();
	return 0;
}

⑥比较操作

表格一览：

函数原型	解释
bool operator == (const vector< T > & v) const;
bool operator != (const vector< T > & v) const;

⑦插入和删除操作

表格一览：

函数原型	解释
iterator insert(iterator pos, const T& ele);	在指定位置插入一个元素ele 返回指向插入元素的迭代器。
iterator insert(const_iterator pos, int count,ele);	迭代器指向位置pos插入count个元素ele.返回指向插入元素的迭代器。
void push_back(const T& ele);	尾部插入元素ele
void pop_back();	删除最后一个元素
iterator erase(const_iterator start, const_iterator end);	删除迭代器从start到end之间的元素，返回下一个有效的迭代器。
iterator erase(const_iterator pos);	删除迭代器指向的元素，返回下一个有效的迭代器。

实例：vector插入和删除操作

#include  
#include 
using namespace std;
void printVector(const vector<int>& vec)//形参使用const，避免被修改
{   //const_iterator只读迭代器
	for (vector<int>::const_iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it)
	{
		cout << *it;
	}
	cout << endl;
}
void test()
{
    vector<int> v;
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		v.push_back(i + 1);//尾部插入元素
	}

	printVector(v);//1 2 3 4 5

	v.insert(v.begin() + 1, 2, 100);//在第二个元素前插入2个100
	printVector(v);//1 100 100 2 3 4 5

	v.pop_back();//尾部删除一个元素
	printVector(v);//1 100 100 2 3 4
	cout << "-------------" << endl;
	v.erase(v.begin());//删除第一个元素
	printVector(v);//100 100 2 3 4

	vector<int>::const_iterator it=v.erase(v.begin() + 1, v.end() - 1);//删除从第二个元素到倒数第二个元素，返回下一个有效迭代器
	printVector(v);//100 4

	v.insert(it, 66);
	printVector(v);//100 66 4
}
int main()
{
    test();
	return 0;
}