Day 23 C++ vector容器
vector容器
- vector基本概念
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- 定义
- vector容器的迭代器——支持随机访问的迭代器
- vector与普通数组区别
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- 大小的灵活性
- 内存管理
- 访问效率
- 功能和灵活性
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- 动态扩展
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- vector构造函数——创建vector容器
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- 函数原型
- 示例
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- vector赋值操作
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- 函数原型
- 示例
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- 对vector容器的容量和大小操作
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- 函数原型
- 示例
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- 对vector容器进行插入、删除操作
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- 函数原型
- 示例
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- 对vector中的数据的存取操作
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- 函数原型
- 示例
- 使用迭代器存取数据
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- 实现两个vector容器内元素进行互换
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- 函数原型
- 示例
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- vector预留空间
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- 函数原型
- 示例
- 注意——如果数据量较大，可以一开始利用reserve预留空间
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vector基本概念
定义
C++的vector容器是一个动态数组，提供了存储和操作元素的功能。它是标准模板库（STL）的一部分，在头文件中定义。
vector数据结构和数组非常相似，也称为单端数组（动态数组）（也被称为向量）
使用vector容器前，需要引入头文件：
#include vector容器的迭代器——支持随机访问的迭代器
vector与普通数组区别
大小的灵活性
数组是静态空间，而vector可以动态扩展普通数组在创建时需要指定固定的大小，而且不能动态改变大小。而vector容器是动态数组，可以根据需要自动调整大小。它会自动管理内存，并提供了函数来添加、删除、插入和操作元素。
内存管理
普通数组是在栈上分配内存，而vector容器使用堆内存。这意味着当数组很大时，使用vector可以避免栈溢出问题。另外，vector还提供了自动释放内存的机制，不需要手动释放内存。
访问效率
普通数组的元素访问效率更高，因为它们在内存中是连续存储的，可以直接通过索引来访问元素。而vector容器的元素存储在堆内存中，需要通过指针进行间接访问，可能会稍微降低一些效率。
功能和灵活性
vector容器提供了许多便捷的函数和操作符，使得处理和操作元素更加方便。它可以动态调整大小、插入和删除元素，提供了范围-based for循环和迭代器等功能，而普通数组需要手动编写相应的代码来实现这些功能。
综上所述，vector容器相比普通数组更加灵活和方便，尤其适用于需要动态改变大小或者进行复杂操作的场景。而普通数组则更适合在大小固定且访问效率要求较高的情况下使用。
动态扩展
并不是在原空间之后续接新空间，而是找更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，释放原空间
vector容器在初始化时没有固定的大小限制，可以动态地添加或删除元素，以适应不同的需求。添加元素时，如果已经达到容器的容量上限，vector会自动分配更大的内存空间，并将原有的元素拷贝到新的内存中。这样就实现了动态扩展。
vector构造函数——创建vector容器
函数原型
vector//采用模板实现类实现，默认构造函数v; 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。
示例
#include
#include
int main() {
// 使用默认构造函数创建空的vector容器
std::vector emptyVector;
// 使用迭代器范围方式创建vector容器
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector rangeVector(arr, arr + 5);
// 使用重复元素方式创建vector容器
std::vector repeatVector(5, 10);
// 使用拷贝构造函数创建vector容器
std::vector copyVector(rangeVector);
// 打印各个vector容器的元素
for (int element : emptyVector) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (int element : rangeVector) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (int element : repeatVector) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (int element : copyVector) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
在上述示例中，我们通过不同的方式创建了四个vector容器：使用默认构造函数创建了一个空的容器emptyVector，使用迭代器范围方式从数组中拷贝元素创建了容器rangeVector，使用重复元素方式创建了容器repeatVector，使用拷贝构造函数从另一个容器中拷贝元素创建了容器copyVector。然后，我们分别使用for循环打印四个vector容器的元素。
注意，在示例代码中，emptyVector是空的，因此不会输出任何内容。
运行该示例代码，输出为：
1 2 3 4 5
10 10 10 10 10
1 2 3 4 5
vector赋值操作
函数原型
vector& operator=(const vector &vec);//重载等号操作符assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。
注意
beg和end都是迭代器
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector vec2;
// 使用重载等号操作符将vec1的元素赋值给vec2
vec2 = vec1;
// 使用assign函数将vec1的元素拷贝赋值给vec2
vec2.assign(vec1.begin(), vec1.end());
// 使用assign函数将重复的元素拷贝赋值给vec2
vec2.assign(5, 10);
// 打印vec1和vec2的元素
for (int element : vec1) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
for (int element : vec2) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
对vector容器的容量和大小操作
函数原型
-
empty();//判断容器是否为空 -
capacity();//容器的容量 -
size();//返回容器中元素的个数 -
resize(int num);//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。 //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
-
resize(int num, elem);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。 //如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec = {1, 2, 3};
// 使用empty()函数判断容器是否为空
if (vec.empty()) {
std::cout << "Vector is empty" << std::endl;
} else {
std::cout << "Vector is not empty" << std::endl;
}
// 使用capacity()函数获取容器的容量
std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << std::endl;
// 使用size()函数获取容器中元素的个数
std::cout << "Size: " << vec.size() << std::endl;
// 使用resize()函数修改容器的长度为5，默认使用0填充新位置
vec.resize(5);
// 输出修改后的容器元素
for (int element : vec) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 使用resize()函数将容器的长度修改为3，并使用10填充新位置
vec.resize(3, 10);
// 输出修改后的容器元素
for (int element : vec) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
在上述示例中，我们创建了一个初始容器vec，包含元素1、2和3。首先，使用empty()函数判断容器是否为空，如果为空则输出相应的提示信息。然后，使用capacity()函数获取容器的容量，并使用size()函数获取容器中元素的个数。接下来，使用resize()函数将容器的长度修改为5，默认使用0填充新位置。打印修改后的容器元素。接着，使用resize()函数将容器的长度修改为3，并使用10填充新位置。再次打印修改后的容器元素。
输出结果
Vector is not empty
Capacity: 3
Size: 3
1 2 3 0 0
1 2 3
对vector容器进行插入、删除操作
函数原型
push_back(ele);//尾部插入元素elepop_back();//删除最后一个元素insert(const_iterator pos, ele);//迭代器指向位置pos插入元素eleinsert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素eleerase(const_iterator pos);//删除迭代器指向的元素erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素clear();//删除容器中所有元素
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec = {1, 2, 3};
// 尾部插入元素ele
vec.push_back(4);
// 删除最后一个元素
vec.pop_back();
// 迭代器指向位置pos插入元素ele
auto it = vec.begin() + 1;
vec.insert(it, 10);
// 迭代器指向位置pos插入count个元素ele
vec.insert(it, 3, 20);
// 删除迭代器指向的元素
vec.erase(vec.begin() + 2);
// 删除迭代器从start到end之间的元素
vec.erase(vec.begin(), vec.begin() + 2);
// 删除容器中所有元素
vec.clear();
// 输出修改后的容器元素
for (int element : vec) {
std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
对vector中的数据的存取操作
函数原型
at(int idx);//返回索引idx所指的数据operator[];//返回索引idx所指的数据front();//返回容器中第一个数据元素back();//返回容器中最后一个数据元素
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用 at() 函数返回索引 idx 所指的数据
int value1 = vec.at(2);
std::cout << "Value at index 2: " << value1 << std::endl;
// 使用 operator[] 返回索引 idx 所指的数据
int value2 = vec[3];
std::cout << "Value at index 3: " << value2 << std::endl;
// 使用 front() 函数返回容器中第一个数据元素
int first = vec.front();
std::cout << "First element: " << first << std::endl;
// 使用 back() 函数返回容器中最后一个数据元素
int last = vec.back();
std::cout << "Last element: " << last << std::endl;
return 0;
}
在上述示例中，我们创建了一个初始容器 vec，包含元素 1、2、3、4 和 5。然后，我们使用 at() 函数和索引 2 来访问容器中的元素。同样地，我们使用 operator[] 和索引 3 来访问容器中的元素。接下来，我们使用 front() 函数来访问容器中的第一个元素，并使用 back() 函数来访问容器中的最后一个元素。
输出结果
Value at index 2: 3
Value at index 3: 4
First element: 1
Last element: 5
使用迭代器存取数据
#include 在上述示例中，我们创建了一个初始容器 vec，包含元素 1、2、3、4 和 5。
然后，我们声明了一个迭代器 it，并将其初始化为容器的起始位置（begin()）。
接下来，我们使用迭代器 it 遍历容器，并通过解引用操作符*访问迭代器指向的元素。
在循环中，迭代器 it逐个移动到下一个元素，直到达到容器的末尾位置（end()）为止。
在循环过程中，我们输出迭代器指向的元素值。最后，我们输出一个换行符。
实现两个vector容器内元素进行互换
函数原型
swap(vec); // 将vec与本身的元素互换
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::cout << "Before swap:" << std::endl;
for (const auto& value : vec) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
swap(vec); // 使用 std::swap 交换 vec 与本身的元素
std::cout << "After swap:" << std::endl;
for (const auto& value : vec) {
std::cout << value << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
在上述示例中，我们创建了一个初始容器 vec，包含元素 1、2、3、4 和 5。
然后，我们输出容器交换前的元素值。
接下来，我们调用 swap(vec)，使用 std::swap 函数交换容器 vec 与其本身的元素，实现元素的重新排列。
最后，我们输出容器交换后的元素值
输出结果
Before swap:
1 2 3 4 5
After swap:
5 4 3 2 1
vector预留空间
可以减少vector在动态扩展容量时的扩展次数
函数原型
reserve(int len);//容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。
在调用 reserve() 函数时，需要提供一个整数值作为参数，表示预分配的最小容量。这个容量是指可以容纳的元素数量，并不是占用的字节大小
示例
#include
#include
int main() {
std::vector vec;
std::cout << "Capacity before reserve: " << vec.capacity() << std::endl;
vec.reserve(10); // 预留至少能容纳10个元素的空间
std::cout << "Capacity after reserve: " << vec.capacity() << std::endl;
return 0;
}
我们创建了一个空的 std::vector 容器 vec。
然后，我们输出容器调用 reserve() 函数之前的容量。
接下来，我们调用 vec.reserve(10)，预留至少能容纳 10 个元素的空间。
最后，我们输出容器调用 reserve() 函数之后的容量。
输出
Capacity before reserve: 0
Capacity after reserve: 10
注意——如果数据量较大，可以一开始利用reserve预留空间
如果事先知道容器将要存储大量的元素，那么通过使用 reserve() 函数来预留空间是一个很好的做法。这样可以避免在插入元素时多次重新分配内存，从而提高性能。
预留足够的空间以容纳数据可以减少频繁的重新分配和复制操作，从而提高程序的效率。特别是对于大型数据集或需要频繁插入或添加元素的情况，这一点尤为重要。