【C++初阶】C++STL详解（三）—— vector的介绍及使用

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上一篇博客：【C++初阶】string类常见题目详解（二） —— 把字符串转换成整数、反转字符串、反转字符串 II、反转字符串中的单词 III、字符串相乘

vector的介绍

1、vector是表示可变大小数组的序列容器。vector与普通数组不同的是，vector的大小是可以动态改变的。
2、vector就像数组一样，也采用的连续空间来存储元素，这也意味着可以采用下标对vector的元素进行访问。
3、当vector需要重新分配大小时，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当中，并释放原来的数组空间。
4、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，因此存储空间比实际需要的存储空间一般更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数的时间复杂度完成的。

由于vector采用连续的空间来存储元素，与其他动态序列容器相比，vector在访问元素的时候更加高效，在其末尾添加和删除元素相对高效，而对于不在其末尾进行的删除和插入操作效率则相对较低。

vector的使用

vector的定义方式

方式一： 构造一个某类型的空容器。

vector<int> v1; //构造int类型的空容器

方式二： 构造一个含有n个val的某类型容器。

vector<int> v2(10, 2); //构造含有10个2的int类型容器

方式三： 拷贝构造某类型容器的复制品。

vector<int> v3(v2); //拷贝构造int类型的v2容器的复制品

方式四： 使用迭代器拷贝构造某一段内容。

vector<int> v4(v2.begin(), v2.end()); //使用迭代器拷贝构造v2容器的某一段内容

注意：该方式也可用于拷贝其他容器的某一段内容。

string s("hello world");
vector<char> v5(s.begin(), s.end()); //拷贝构造string对象的某一段内容

vector的空间增长问题

size和capacity

通过size函数获取当前容器中的有效元素个数，通过capacity函数获取当前容器的最大容量。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	cout << v.size() << endl; //获取当前容器中的有效元素个数
	cout << v.capacity() << endl; //获取当前容器的最大容量
	return 0;
}

reserve和resize

通过reserse函数改变容器的最大容量，resize函数改变容器中的有效元素个数。

reserve规则：
 1、当所给值大于容器当前的capacity时，将capacity扩大到该值。
 2、当所给值小于容器当前的capacity时，什么也不做。

resize规则：
 1、当所给值大于容器当前的size时，将size扩大到该值，扩大的元素为第二个所给值，若未给出，则默认为0。
 2、当所给值小于容器当前的size时，将size缩小到该值。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	cout << v.size() << endl; //10
	cout << v.capacity() << endl; //10
	v.reserve(20); //改变容器的capacity为20，size不变
	cout << v.size() << endl; //10
	cout << v.capacity() << endl; //20
	v.resize(15); //改变容器的size为15
	cout << v.size() << endl; //15
	cout << v.capacity() << endl; //20
	return 0;
}

empty

通过empty函数判断当前容器是否为空。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	cout << v.empty() << endl;
	return 0;
}

vector的迭代器使用

begin和end

通过begin函数可以得到容器中第一个元素的正向迭代器，通过end函数可以得到容器中最后一个元素的后一个位置的正向迭代器。
正向迭代器遍历容器：

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	//正向迭代器遍历容器
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

rbegin和rend

通过rbegin函数可以得到容器中最后一个元素的反向迭代器，通过rend函数可以得到容器中第一个元素的前一个位置的反向迭代器。
反向迭代器遍历容器：

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	//反向迭代器遍历容器
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

vector的增删查改

push_back和pop_back

通过push_back函数对容器进行尾插，pop_back函数对容器进行尾删。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1); //尾插元素1
	v.push_back(2); //尾插元素2
	v.push_back(3); //尾插元素3
	v.push_back(4); //尾插元素4

	v.pop_back(); //尾删元素
	v.pop_back(); //尾删元素
	v.pop_back(); //尾删元素
	v.pop_back(); //尾删元素
	return 0;
}

insert和erase

通过insert函数可以在所给迭代器位置插入一个或多个元素，通过erase函数可以删除所给迭代器位置的元素，或删除所给迭代器区间内的所有元素（左闭右开）。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.insert(v.begin(), 0); //在容器开头插入0
	
	v.insert(v.begin(), 5, -1); //在容器开头插入5个-1

	v.erase(v.begin()); //删除容器中的第一个元素

	v.erase(v.begin(), v.begin() + 5); //删除在该迭代器区间内的元素（左闭右开）
	
	return 0;
}

以上是按位置进行插入或删除元素的方式，若要按值进行插入或删除（在某一特定值位置进行插入或删除），则需要用到find函数。

注意： find函数是在算法模块（algorithm）当中实现的，不是vector的成员函数。

swap

通过swap函数可以交换两个容器的数据空间，实现两个容器的交换。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v1(10, 1);
	vector<int> v2(10, 2);

	v1.swap(v2); //交换v1,v2的数据空间
	return 0;
}

元素访问

vector当中实现了 [ ] 操作符的重载，因此我们也可以通过“下标+[ ]”的方式对容器当中的元素进行访问。越界访问会抛异常或直接断言。

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 1);
	//使用“下标+[]”的方式遍历容器
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

我们上面说到vector是支持迭代器的，所以我们还可以用范围for对vector容器进行遍历。（支持迭代器就支持范围for，因为在编译时编译器会自动将范围for替换为迭代器的形式）

#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v(10, 1);
	//范围for
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

find 查找数据

虽然 vector 的库中并没有查找的这个函数，但是在算法库（algorithm）中为我们准备了一个 find 函数可以进行查找。

find函数共三个参数，前两个参数确定一个迭代器区间（左闭右开），第三个参数确定所要寻找的值。
find函数在所给迭代器区间寻找第一个匹配的元素，并返回它的迭代器，若未找到，则返回所给的第二个参数。

#include 
#include 
#include 
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //获取值为2的元素的迭代器
	
	v.insert(pos, 10); //在2的位置插入10

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3); //获取值为3的元素的迭代器
	
	v.erase(pos); //删除3

	return 0;
}

同时，它是函数模板，通过使用迭代器因而同时支持了多种容器，使用起来相当方便。

vector < char > 可以代替string吗

vector 是一种泛型编程，同时支持 int 和 double 等不同类型的存储，而这些存储形式一般用不到 string 之中的某些接口，比如 += 、逻辑运算等。

可以这么说，string 这个容器是专门针对存储字符类型的，因此其种的接口也是专门适用于处理字符串的，而 vector 需要考虑的是如何支持各种类型都能够存储其中而舍弃了 string 之中的部分操作。

因此无法替代

总结：

今天我们比较详细地完成了vector类的学习，了解了一些有关的底层原理。接下来，我们将进行STL中vector类的模拟实现。希望我的文章和讲解能对大家的学习提供一些帮助。

当然，本文仍有许多不足之处，欢迎各位小伙伴们随时私信交流、批评指正！我们下期见~