动态数组和C++ std::vector详解

1. std::vector

std::vector是C++的默认动态数组，其与array最大的区别在于vector的数组是动态的，即其大小可以在运行时更改。std::vector是封装动态数组的顺序容器，且该容器中元素的存取是连续的。

vector的存储是自动管理，不需要人为操作自动实现按需扩张收缩。但实现自动管理的代价就是：vector通常占用多于静态数组的空间，因为其需要更多的内存以管理将来的增长。vector在分配内存的时候是先分配一定数量的内存，然后在内存耗尽时再重新申请分配。

2. vector的用法

2.1 vector的定义和声明

std::vector在头文件中定义，其声明如下：

template<
    class T,
    class Allocator = std::allocator<T>
> class vector;

namespace pmr {
    template< class T >
    using vector = std::vector<T, std::pmr::polymorphic_allocator<T>>; //C++17 起
}                                                                      

其中，参数T为容器要存储的元素类型，对于T需要满足：

• 可复制赋值和可复制构造（C++11前）。
• 要求元素类型是完整类型并满足可擦除，即元素类型的对象能以给定的分配器（Allocator）销毁（C++11 起，C++17 前）。
• 要求元素类型是完整类型并满足可擦除，但许多成员函数附带了更严格的要求。（C++17 起）。

Allocator为用于获取/释放内存及构造/析构内存中元素的分配器。

2.2 成员函数

2.2.1 基本函数

operator=

operator=函数主要适用于赋值给容器，其函数声明如下：

/*1. 复制赋值运算符。以 other 的副本替换内容。*/
vector& operator=( const vector& other ); //C++20 前
constexpr vector& operator=( const vector& other ); //C++20 起

/*2. 移动赋值运算符。用移动语义以 other 的内容替换内容（即从 other 移动 other 中的数据到此容器中）。
     之后 other 在合法但未指定的状态。*/
vector& operator=( vector&& other ); //C++11 起, C++17 前
vector& operator=( vector&& other ) noexcept(); //C++17 起, C++20 前
constexpr vector& operator=( vector&& other ) noexcept(); //C++20 起

/*3. 以 initializer_list ilist 所标识者替换内容。*/
vector& operator=( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起, C++20 前
constexpr vector& operator=( std::initializer_list<T> ilist ); //C++20 起

复杂度：

• 1的复杂度与 *this 和 other 的大小成线性。
• 2的复杂度与 *this 的大小成线性，除非分配器不比较相等且不传播，该情况下与 *this 和 other 的大小成线性。
• 3的复杂度与 *this 和 ilist 的大小成线性。

具体的示例如下：

std::vector<int> nums1 {3, 1, 4, 6, 5, 9};
std::vector<int> nums2;
std::vector<int> nums3;

// 从 nums1 复制赋值数据到 nums2
nums2 = nums1;
//此时nums2 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}

// 从 nums1 移动赋值数据到 nums3,
// 修改 nums1 和 nums3
nums3 = std::move(nums1);
//此时 nums1 = {}, nums3 = {3, 1, 4, 6, 5, 9}


// initializer_list 的复制赋值复制数据给 nums3
nums3 = {1, 2, 3};
//此时nums3 = {1, 2, 3}

assign

assign函数的主要作用是将值赋给容器。其函数声明如下：

/*1. 以 count 份 value 的副本替换内容。*/
void assign( size_type count, const T& value ); //C++20 前
constexpr void assign( size_type count, const T& value ); //C++20 起

/*2. 以范围 [first, last) 中元素的副本替换内容。其中有任何一个迭代器是指向 *this 中的迭代器时行为未定义。*/
template< class InputIt >
void assign( InputIt first, InputIt last ); //C++20 前
template< class InputIt >
constexpr void assign( InputIt first, InputIt last ); //C++20 起

/*3. 以来自 initializer_list ilist 的元素替换内容。*/
void assign( std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起，C++20 前
constexpr void assign( std::initializer_list<T> ilist ); //C++20 起

复杂度：

• 1的复杂度与count 呈线性。
• 2的负载度与 first 和 last 间的距离呈线性。
• 3的复杂度与与 ilist.size() 呈线性。

其具体用法如下：

std::vector<char> c;

c.assign(5, 'a');//此时c = {'a', 'a', 'a', 'a', 'a'}

const std::string str(6, 'b');
c.assign(str.begin(), str.end());//此时c = {'b', 'b', 'b', 'b', 'b', 'b'}

c.assign({'C', '+', '+', '1', '1'});//此时c = {'C', '+', '+', '1', '1'}

get_allocator

get_allocator函数的主要作用是返回相关的分配器。其函数声明如下：

allocator_type get_allocator() const; //C++11 前
allocator_type get_allocator() const noexcept; //C++11 起, C++20 前
constexpr allocator_type get_allocator() const noexcept; //C++20 起

其返回值为与容器关联的分配器。

2.2.2 元素访问

at

at用于访问指定的元素，同时进行越界检查，该函数返回位于指定位置pos的元素的引用，如果pos不在容器的范围内，则抛出std::out_of_range异常。其函数声明如下：

reference at( size_type pos ); //C++20 前
constexpr reference at( size_type pos ); //C++20 起
const_reference at( size_type pos ) const; //C++20 前
constexpr const_reference at( size_type pos ) const; //C++20 起

其具体用法如下：

std::vector<int> data = {1, 2, 3};

std::cout<<data.at(1)<<std::endl; //2
data.at(1)=8; //此时data={1, 8, 3}

operator[]

operator[]与at功能相同，即用来访问指定的元素，但其与at不同的是：operator[]不进行边界的检查。其函数声明如下所示：

reference operator[]( size_type pos ); //C++20 前
constexpr reference operator[]( size_type pos ); //C++20 起
const_reference operator[]( size_type pos ) const; //C++20 前
constexpr const_reference operator[]( size_type pos ) const; //C++20 起

front

front用于访问容器的第一个元素，其返回值为容器首元素的引用，其函数原型如下：

reference front(); //C++20 前
constexpr reference front(); //C++20 起
const_reference front() const; //C++20 前
constexpr const_reference front() const; //C++20 起

注：在空容器上对 front 的调用是未定义的。

back

back主要功能是用来访问容器最后一个元素，其返回值为容器最后一个元素的引用，其函数原型如下所示：

reference back(); //C++20 前
constexpr reference back(); //C++20 起
const_reference back() const; //C++20 前
constexpr const_reference back() const; //C++20 起

注：在空容器上对 back 的调用是未定义的。

data

data函数主要是用来返回容器底层的数组，其函数原型如下：

T* data(); //C++11 前
T* data() noexcept; //C++11 起, C++20 前
constexpr T* data() noexcept; //C++20 起
const T* data() const; //C++11 前
const T* data() const noexcept; //C++11 起, C++20 前
constexpr const T* data() const noexcept; //C++20 起

data函数返回指向作为元素存储工作的底层数组的指针。返回的指针使得范围 [data(), data() + size()) 始终是合法范围，即使容器为空（此时 data() 不可解引用）。

注：如果 size() 是 0，那么 data() 有可能会也有可能不会返回空指针。

2.2.3 迭代器

begin、end和cbegin、cend

begin和cbegin返回指向vector首元素的迭代器，end和cend返回指向vector末元素后一元素的迭代器。其函数声明如下：

iterator begin(); //C++11 前
iterator begin() noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator begin() noexcept; //C++20 起
const_iterator begin() const; //C++11 前
const_iterator begin() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_iterator begin() const noexcept; //C++20 起
const_iterator cbegin() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_iterator cbegin() const noexcept; //C++20 起


iterator end(); //C++11 前
iterator end() noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator end() noexcept; //C++20 起
const_iterator end() const; //C++11 前
const_iterator end() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_iterator end() const noexcept; //C++20 起
const_iterator cend() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_iterator cend() const noexcept; //C++20 起

如果vector为空，则返回的迭代器将等于end或cend。end和cend指向vector末元素后一元素的迭代器，该元素的表现为占位符，试图访问它将导致未定义行为。

rbegin、rend和crbegin、crend

rbegin和crbegin返回指向vector首元素的逆向迭代器。它对应非逆向vector的末元素，若vector为空，则返回的迭代器等于rend或crend。rend和crend返回指向逆向vector末元素后一元素的逆向迭代器，它对应非逆向vector首元素的前一元素，此元素表现为占位符，试图访问它导致未定义行为。它们的声明如下：

reverse_iterator rbegin(); //C++11 前
reverse_iterator rbegin() noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr reverse_iterator rbegin() noexcept; //C++20 起
const_reverse_iterator rbegin() const; //C++11 前
const_reverse_iterator rbegin() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_reverse_iterator rbegin() const noexcept; //C++20 起
const_reverse_iterator crbegin() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_reverse_iterator crbegin() const noexcept; //C++20 起

reverse_iterator rend(); //C++11 前
reverse_iterator rend() noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr reverse_iterator rend() noexcept; //C++20 起
const_reverse_iterator rend() const; //C++11 前
const_reverse_iterator rend() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_reverse_iterator rend() const noexcept; //C++20 起
const_reverse_iterator crend() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr const_reverse_iterator crend() const noexcept; //C++20 起

2.2.4 容量

empty

empty用来检查容器是否为空，若为空则返回true，否则为false。其函数声明如下：

bool empty() const; //C++11 前
bool empty() const noexcept; //C++11 起, C++20 前
[[nodiscard]] bool empty() const noexcept; //C++20 起

其底层实现就是检查容器是否无元素，即判断是否begin() == end()。

size

size函数返回容器中元素数量，即std::distance(begin(), end()) 。其函数声明如下：

size_type size() const; //C++11 前
size_type size() const noexcept; //C++11 起，C++20 前
constexpr size_type size() const noexcept; //C++20 起

max_size

max_size函数返回根据系统或库实现限制的容器可保有的元素最大数量，即对于最大容器的 std::distance(begin(), end())。其函数声明为：

size_type max_size() const; //C++11 前
size_type max_size() const noexcept; //C++11 起

注：此值通常反映容器大小上的理论极限，至多为 std::numeric_limits::max() 。运行时，可用 RAM 总量可能会限制容器大小到小于 max_size() 的值。

capacity

capacity函数的主要作用是返回当前存储空间能够容纳的元素数（即当前分配存储的容量）。其函数原型如下：

size_type capacity() const; //C++11 前
size_type capacity() const noexcept; //C++11 起, C++20 前
constexpr size_type capacity() const noexcept; //C++20 起

reserve

reserve函数是用来为vector预留存储空间，其函数声明如下：

//new_cap:	vector 的新容量
void reserve( size_type new_cap ); //C++20 前
constexpr void reserve( size_type new_cap ); //C++20 起

该函数主要用来增加vector的容量（即 vector 在不重新分配存储的情况下能最多能持有的元素的数量）到大于或者等于new_cap的值。如果new_cap大于当前vector的capacity()，那么就会重新分配新的存储，否则该方法不做任何事情。

注：

• reserve() 不会更改 vector 的大小。

• 如果 new_cap 大于 capacity()，那么所有迭代器，包含 end()迭代器和所有到元素的引用都会失效。否则，没有迭代器或引用会失效。

• 在调用 reserve() 后，插入只会在它将导致 vector 的大小大于capacity()的值时触发重新分配。

• 在 new_cap > max_size() 时抛出std::length_error。

• 不能用 reserve() 减少容器容量。为该目的提供的是 shrink_to_fit()。 (文章后面有详细的介绍)

正确的使用reserve能够避免减少不必要的分配，例如在向vector添加元素之前提前知道元素的大致数量，使用reserve，可以提前合理分配好存储空间，避免在vector增长阶段不必要的内存分配和复制，进而提高效率和存储空间的利用率。

shrink_to_fit

shrink_to_fit函数主要是用来请求移除未使用的容量。其函数原型如下：

void shrink_to_fit();

它是减少 capacity()到 size()非强制性请求。请求是否达成依赖于实现。如果发生重分配，那么所有迭代器，包含 end()迭代器，和所有到元素的引用都会失效。如果没有发生重分配，那么没有迭代器或引用会失效。

具体的示例如下：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
vec.reserve(100);
std::cout << "vec的capacity : " << vec.capacity() << std::endl; //vec的capacity : 100
vec.shrink_to_fit();
std::cout << "vec的capacity : " << vec.capacity() << std::endl; //vec的capacity : 3

2.2.5 修改器

clear

clear函数主要用来擦除所有元素，使用clear()后，再次调用size()，size函数返回0。clear函数的声明如下：

void clear(); //C++11 前
void clear() noexcept; //C++11 起, C++20 前
constexpr void clear() noexcept; //C++20 起

注：clear不会影响vector的capacity()的大小。

insert

insert函数主要用于插入元素到容器的指定位置，其函数原型如下所示：

//在 pos 前插入 value
//返回值：指向被插入 value 的迭代器。
iterator insert( const_iterator pos, const T& value ); //C++20 前
constexpr iterator insert( const_iterator pos, const T& value ); //C++20 起

//在 pos 前插入 value
//返回值：指向被插入 value 的迭代器。
iterator insert( const_iterator pos, T&& value ); //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator insert( const_iterator pos, T&& value ); //C++20 起

//在 pos 前插入 value 的 count 个副本。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 count == 0 时返回 pos。
iterator insert( const_iterator pos, size_type count, const T& value ); //C++20 前
constexpr iterator
    insert( const_iterator pos, size_type count, const T& value ); //C++20 起

//在 pos 前插入来自范围 [first, last) 的元素。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 first == last 时返回 pos。
template< class InputIt >
iterator insert( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last ); //C++20 前
template< class InputIt >
constexpr iterator insert( const_iterator pos, InputIt first, InputIt last ); //C++20 起

//在 pos 前插入来自 initializer_list ilist 的元素。
//返回值：指向首个被插入元素的迭代器，或者在 ilist 为空时返回 pos。
iterator insert( const_iterator pos, std::initializer_list<T> ilist ); //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator insert( const_iterator pos,
                           std::initializer_list<T> ilist ); //C++20 起

具体用法示例如下：

std::vector<int> c1(3, 100); //初始化c1，此时c1 = {100, 100, 100}

auto it = c1.begin();
it = c1.insert(it, 200); //在it前插入元素200
//c1 = {200，100, 100, 100}

c1.insert(it, 2, 300); //在it前插入两个元素值都为300
//c1 = {300，300，200，100, 100, 100}

// it 已经失效，提供新迭代器
it = c1.begin();

std::vector<int> c2(2, 400); //c2 = {400, 400}
c1.insert(std::next(it, 2), c2.begin(), c2.end()); //在it后两个元素（即200）的前面插入c2
//c1 = {300，300，400，400，200，100, 100, 100}

int arr[] = {501, 502, 503};
c1.insert(c1.begin(), arr, arr + std::size(arr));
//c1 = {501，502，503，300，300，400，400，200，100, 100, 100}

c1.insert(c1.end(), {601, 602, 603});
//c1 = {501，502，503，300，300，400，400，200，100, 100, 100，601，602，603}

emplace

emplace函数的声明如下：

/*----------------------------------
  pos：将构造新元素到其前的迭代器
  args：转发给元素构造函数的参数
  返回值iterator：指向被安置的元素的迭代器
------------------------------------*/
template< class... Args >
iterator emplace( const_iterator pos, Args&&... args ); //C++11 起, C++20 前

template< class... Args >
constexpr iterator emplace( const_iterator pos, Args&&... args ); //C++20 起

其主要作用就是原位构造元素并将其在pos前插入到容器中。

earse

earse的函数主要功能是擦除元素，其声明如下：

//移除位于pos的元素
//返回值：最后移除元素之后的迭代器。如果pos指代末元素，则返回end()迭代器
iterator erase( iterator pos ); //C++11 前
iterator erase( const_iterator pos ); //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator erase( const_iterator pos ); //C++20 起

//移除范围[first, last)中的元素。
/*返回值：最后移除元素之后的迭代器。
         如果在移除前last == end()，那么最终返回end()迭代器
         如果范围[first, last) 为空，那么返回 last。*/
iterator erase( iterator first, iterator last ); //C++11 前
iterator erase( const_iterator first, const_iterator last ); //C++11 起，C++20 前
constexpr iterator erase( const_iterator first, const_iterator last ); //C++20 起

具体的用法如下所示：

std::vector<int> c{0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9};

c.erase(c.begin());
//c = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9}

c.erase(c.begin() + 2, c.begin() + 5);
//c = {1, 2, 6, 7, 8, 9}

// 移除所有偶数
for (std::vector<int>::iterator it = c.begin(); it != c.end();)
{
  if (*it % 2 == 0)
    it = c.erase(it);
  else
    ++it;
}
//c = {1, 7, 9}

push_back

push_back函数的主要作用是将元素添加到容器末尾，其声明如下：

//后附给定元素 value 到容器尾。初始化新元素为 value 的副本。
void push_back( const T& value ); //C++20 前
constexpr void push_back( const T& value ); //C++20 起

//后附给定元素 value 到容器尾。移动 value 进新元素。
void push_back( T&& value ); //C++11 起，C++20 前
constexpr void push_back( T&& value ); //C++20 起

注：如果新的 size()大于 capacity()，那么所有迭代器和引用（包含 end() 迭代器）都会失效。否则只有 end() 迭代器会失效。

emplace_back

emplace_back函数与emplace类似，只不过是在容器末尾就地构造元素，其函数声明如下：

template< class... Args >
void emplace_back( Args&&... args ); //C++11 起, C++17 前

template< class... Args >
reference emplace_back( Args&&... args ); //C++17 起, C++20 前

template< class... Args >
constexpr reference emplace_back( Args&&... args ); //C++20 起

由于emplace_back是原地构造元素，因此其插入效率要高于push_back。

注：如果新的 size()大于 capacity()，那么所有迭代器和引用（包含 end() 迭代器）都会失效。否则只有 end() 迭代器会失效。

pop_back

pop_back函数的主要作用就是移除末元素，其函数声明如下：

void pop_back(); //C++20 前
constexpr void pop_back(); //C++20 起

如果在空容器上调用pop_back会导致未定义行为。

注：使指向末元素的迭代器和引用，以及end()迭代器失效。

resize

resize函数的主要作用是改变容器中可存储元素的个数，通过该函数可以重新设置容器大小，其函数声明如下：

/*
该函数重设容器的大小为count，在count==size()时不做任何操作。
如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
如果当前大小小于 count，那么后附额外的默认插入的元素。
*/
void resize( size_type count ); //C++20 前
constexpr void resize( size_type count ); //C++20 起

/*
该函数重设容器的大小为count，在count==size()时不做任何操作。
如果当前大小大于 count，那么减小容器到它的开头 count 个元素。
如果当前大小小于 count，那么后附额外的 value 的副本
*/
void resize( size_type count, const value_type& value ); //C++20 前
constexpr void resize( size_type count, const value_type& value ); //C++20 起

其具体用法示例如下：

std::vector<int> c = {1, 2, 3};

c.resize(5); //将其size增加大小到5
//c = {1, 2, 3, 0, 0}

c.resize(2); //将其size减少大小到2
//c = {1, 2}

c.resize(6, 4); //将其size增加大小到6，填充值为4";
//c = {1, 2, 4, 4, 4，4}

swap

swap函数的主要作用是交换两个vector容器的内容，不在单独的元素上调用任何移动、复制或交换操作。所有迭代器和引用保持有效。end()迭代器会失效。其函数声明如下：

void swap( vector& other ); //C++17 前
void swap( vector& other ) noexcept(); //C++17 起, C++20 前
constexpr void swap( vector& other ) noexcept(); //C++20 起

其用法示例如下图所示：

std::vector<int> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5};

auto it1 = std::next(a1.begin()); //*it1 = 2 
auto it2 = std::next(a2.begin()); //*it2 = 5 

int& ref1 = a1.front(); //ref1 = 1
int& ref2 = a2.front(); //ref1 = 4

std::cout <<*it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
//打印结果为2 5 1 4

a1.swap(a2);

//此时a1 = {4, 5}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout <<*it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
//打印结果仍为2 5 1 4

/*注：
    交换后迭代器与引用保持与原来的元素关联，
    例如尽管 'a1' 中值为 2 的元素被移动到 'a2' 中，
    原来指向它的 it1 仍指向同一元素。*/

2.2 非成员函数

operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::vector)

C++提供operator==,!=,<,<=,>,>=,<=>(std::vector)非成员函数用来比较两个vector的大小，相关函数及函数声明如下：

//1. ==
//返回值：在 vector 内容相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator==( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                 const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前
template< class T, class Alloc >
constexpr bool operator==( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                           const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 起

//2. !=
//返回值：在 vector 内容不相等时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator!=( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                 const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//3. <
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//4. <=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序小于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator<=( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                 const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//5. >
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//6. >=
//返回值：在 lhs 的内容按字典序大于或等于 rhs 的内容时返回 true，否则返回 false
template< class T, class Alloc >
bool operator>=( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                 const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 前

//7. <=>
//返回值：lhs 与 rhs 中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。
template< class T, class Alloc >
constexpr  operator<=>( const std::vector<T, Alloc>& lhs,
                                       const std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++20 起

• 1,2中会检查lhs和rhs的内容是相等，即他们是否拥有相同数量的元素且lhs中每个元素与rhs的相同位置元素比较相等。同时函数中T 必须符合可相等比较 (EqualityComparable) 的要求

• 3-6中按照字典比较lhs和rhs的内容，其内部等价于调用std::lexicographical_compare函数进行比较。同时函数中T 必须符合[可小于比较 (LessThanComparable) 的要求。

• 7中也是按字典序比较lhs和rhs的内容。其内部等价于调用std::lexicographical_compare_three_way 进行比较。返回类型同合成三路比较的结果类型。其逻辑大致如下：

  lhs < rhs ? std::weak_ordering::less :
  rhs < lhs ? std::weak_ordering::greater :
              std::weak_ordering::equivalent
  //注：通常情况下less对应的是-1，greater对应1，equivalent对应0
  

  lhs与rhs中的首对不等价元素的相对顺序，如果有这种元素；否则是 lhs.size() <=> rhs.size()。

其具体的应用示例如下所示：

std::vector<int> alice{1, 2, 3};
std::vector<int> bob{7, 8, 9, 10};
std::vector<int> eve{1, 2, 3};

std::cout << std::boolalpha;

// 比较不相等的容器
std::cout << "alice == bob returns " << (alice == bob) << '\n';
std::cout << "alice != bob returns " << (alice != bob) << '\n';
std::cout << "alice <  bob returns " << (alice < bob) << '\n';
std::cout << "alice <= bob returns " << (alice <= bob) << '\n';
std::cout << "alice >  bob returns " << (alice > bob) << '\n';
std::cout << "alice >= bob returns " << (alice >= bob) << '\n';

std::cout << '\n';

// 比较相等的容器
std::cout << "alice == eve returns " << (alice == eve) << '\n';
std::cout << "alice != eve returns " << (alice != eve) << '\n';
std::cout << "alice <  eve returns " << (alice < eve) << '\n';
std::cout << "alice <= eve returns " << (alice <= eve) << '\n';
std::cout << "alice >  eve returns " << (alice > eve) << '\n';
std::cout << "alice >= eve returns " << (alice >= eve) << '\n';

输出结果为

alice == bob returns false
alice != bob returns true
alice <  bob returns true
alice <= bob returns true
alice >  bob returns false
alice >= bob returns false
 
alice == eve returns true
alice != eve returns false
alice <  eve returns false
alice <= eve returns true
alice >  eve returns false
alice >= eve returns true

std::swap(std::vector)

std::swap(std::vector)函数是为std::vector特化std::swap 算法。其函数声明如下：

template< class T, class Alloc >
void swap( std::vector<T, Alloc>& lhs,
           std::vector<T, Alloc>& rhs ); //C++11 起, C++17 前

template< class T, class Alloc >
void swap( std::vector<T, Alloc>& lhs,
           std::vector<T, Alloc>& rhs ) noexcept();//C++17 起, C++20 前

template< class T, class Alloc >
constexpr void swap( std::vector<T, Alloc>& lhs,
                     std::vector<T, Alloc>& rhs ) noexcept(); //C++20 起

交换 lhs 与 rhs 的内容。调用lhs.swap(rhs)。其具体用法如下：

std::vector<int, 3> a1{1, 2, 3}, a2{4, 5, 6};

auto it1 = a1.begin(); //*it1 = 1
auto it2 = a2.begin(); //*it2 = 4

int &ref1 = a1[1]; // ref1 = 2
int &ref2 = a2[1]; // ref1 = 5

std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为1 4 2 5

std::swap(a1, a2);

// 此时a1 = {4, 5, 6}，a2 = {1, 2, 3}
std::cout << *it1 << ' ' << *it2 << ' ' << ref1 << ' ' << ref2 << '\n';
// 打印结果为4 1 5 2

std::erase, std::erase_if (std::vector)

std::erase, std::erase_if (std::vector)函数主要用来擦除所有满足特定判别标准的元素。其函数声明如下：

//从容器中擦除所有比较等于 value 的元素
template< class T, class Alloc, class U >
constexpr typename std::vector<T, Alloc>::size_type
    erase(std::vector<T, Alloc>& c, const U& value); //C++20 起

//从容器中擦除所有满足 pred 的元素
template< class T, class Alloc, class Pred >
constexpr typename std::vector<T, Alloc>::size_type
    erase_if(std::vector<T, Alloc>& c, Pred pred); //C++20 起

std::erase(std::vector)从容器中擦除所有比较等于 value 的元素，其返回值为被擦除的元素个数，其等价于

auto it = std::remove(c.begin(), c.end(), value);
auto r = std::distance(it, c.end());
c.erase(it, c.end());
return r;

std::erase_if (std::vector)从容器中擦除所有满足 pred 的元素，其返回值为被擦除的元素个数，其等价于

auto it = std::remove_if(c.begin(), c.end(), pred);
auto r = std::distance(it, c.end());
c.erase(it, c.end());
return r;

示例：

std::vector<int> c{1, 2, 3, 4, 6};
// 擦除c中的值等于3的元素
auto erased1 = std::erase(c, 3); // erased1 = 1
// 此时c = {1, 2, 4, 6}

// 擦除c中的偶数
auto erased2 = std::erase_if(c, [](int n)
                             { return n % 2 == 0; }); // erased2 = 3
// 此时c = {1}

3. 总结

vector容器的优势和劣势：

优势

• 支持随机访问，访问无开销，时间恒定。
• 线性遍历/搜索。
• 在容量满足的情况下，末端插入元素效率高。

劣势

• 如果元素类型具有较高的复制/分配成本，则插入元素速度比较慢。
• 如果随之位置插入或擦除占程序的主导地位，程序会变慢。

vector容器在具体的应用中需要注意一下几点：

1. 创建一个新vector

// 值列表初始化: C++11
vector<int> v {0, 1, 2, 3};   // v = {0, 1, 2, 3}

// 初始化一个长度为4，所有元素值都为2的vector
vector<int> w (4, 2)  // w = {2, 2, 2, 2}
  
// 深拷贝，以v初始化vector对象b
vector<int> b {v}; // b = {0, 1, 2, 3}

2. vector的size和capacity

• size()代表vector中元素的数量

• capacity()代表当前vector中可以存储元素数量的最大值。

  如果在向vector中添加元素之前提前知道元素（大致的）数量n，及时使用resrve(n)，这样可以避免在元素插入阶段可能产生的不必要内存分配和复制。

3. 插入元素和擦除元素的效率

   在末尾插入元素的效率最快，但插入任意位置可能会很慢，因为中间可能涉及到元素的复制和移动。擦除元素同理。

4. 使用shrink_to_fit()降低内存

   从vector中擦除元素不会改变其容量，因此未存放的元素的位置对应内存不会被释放，如果后续不需要再使用这些空闲的内存，可以使用shrink_to_fit()对该内存进行释放，提高内存使用效率。

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