C++基础知识 - vector

概述

vector，直译为向量，我们一般称为动态数组，一般不去翻译，直接使用vector称呼。它是STL诸多数据结构中使用最广泛的几个数据结构之一。C++编程规范中指出，如果你不知道使用哪个容器合适，就使用vector吧。无论从使用的方便程度和效率上，都可圈可点。下面详细学习该数据结构，以C++11为准。

创建

构造函数：

类别	声明
default (1)	explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());
fill (2)	explicit vector (size_type n); vector (size_type n, const value_type& val, const allocator_type& alloc = allocator_type());
range (3)	template vector (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type& alloc = allocator_type());
copy (4)	vector (const vector& x); vector (const vector& x, const allocator_type& alloc);
move (5)	vector (vector&& x); vector (vector&& x, const allocator_type& alloc);
initializer list (6)	vector (initializer_list il, const allocator_type& alloc = allocator_type());

默认构造

std::vector<T> vec; // 创建一个元素类型为T的空数组

填充构造

std::vector<T> vec(1);    // 创建一个元素类型为T的数组，数组大小为1，元素内容为0
std::vecotr<T> vec(1, 2); // 创建一个元素类型为T的数组，数组大小为1，元素内容为2

查看

empty

bool empty() const noexcept;

查看vector是否为空，size 为 0，则为true。建议使用该函数来查看vector是否为，而不是比较size() == 0.

大小

size_type size() const noexcept;
size_type capacity() const noexcept;

size和capacity的关系如下：

+---+---+---+---+---+----------+
| 0 | 1 | 2 |...| 23| reserved |
+---+---+---+---+---+----------+
                    |          |
                  size()   capacity()

size是指vector已经保存的元素的数目；而capacity则是在不分配新的内存空间的前提下它最多可以保存多少元素。

访问元素

reference front();
const_reference front() const;

reference back();
const_reference back() const;

reference operator[] (size_type n);
const_reference operator[] (size_type n) const;

reference at (size_type n);
const_reference at (size_type n) const;

访问元素的方式，可以通过front()，back()，下标和at()几种成员函数。它们返回的均是引用，如果vector是一个const对象，则返回值是const的引用。对于非const引用，我们可以通过该返回值，来修改容器中该元素的值。

增加

push_back

void push_back (const value_type& val);
void push_back (value_type&& val);

通过成员函数push_back往vector的末尾添加元素，这个效率是非常高的。

// 往vector末尾依次添加两个元素
std::vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);

emplace_back

template <class... Args>
void emplace_back (Args&&... args);

在C++11增加了新的成员函数，用于在vector末尾插入数据。

// 往vector末尾依次添加两个元素
std::vector<int> vec;
vec.emplace_back(1);
vec.emplace_back(2);

和push_back的区别在于，如果vector的元素是一个对象时，push_back接受的是一个对象，而emplace_back接受的是构造这个对象的参数。

class A {
public:
	A(int arg){}
    ... ...
}
// 使用push_back存储
std::vector<A> vec;
A a(1);
vec.push_back(a);
// 使用emplace_back存储
std::vector<A> vec;
vec.emplace_back(1);

总结

• 其他类似功能成员函数

  vector除了上面介绍的两种添加元素的成员函数，还有insert，push_front, emplace等。但，插入vector末尾是最高效的，上面的两种函数使用最广泛。不要贪多，容易混乱。

• 拷贝

  需要注意的是，往vector中添加元素时，添加的是拷贝，不是本尊。如上面的例子中的a对象，存储到vector时，存储的是a对象的拷贝，不是a自身。

• 指针

  在vector中存储指针时需要注意，vector管理的是指针自身，并不负责指针指向的内容。在销毁vector或删除元素时，需要自己提前处理该指针对应的内存。比较好的解决方案是使用智能指针。

删除

pop_back

void pop_back();

前面介绍的push_back用于在vector的末尾添加元素，与之对应的pop_back则是从vector的末尾删除元素。

std::vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
// 从末尾删除一个元素
vec.pop_back();
// 此时vec中只有1这一个元素了

erase

iterator erase (const_iterator position);
iterator erase (const_iterator first, const_iterator last);

删除迭代器指定的元素，获取迭代器指定范围内的元素。返回一个指向被删除元素之后元素的迭代器。

std::vector<int> vec;
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
vec.push_back(3);
// 删除vector中元素为奇数的元素
std::vector<int>::iterator it = vec.begin();
while (it != vec.end()) {
    if (*it % 2) {
        it = vec.erase(it);
    } else {
        ++it;
    }
}
// 此时vec中只有2这一个元素了

注意：

• erase返回的是指向被删除元素之后的那个元素，所以，删除之后，获取该迭代器指针，不需要自增了。务必每次erase之后获取该返回值。
• 由于删除元素，导致尾部迭代器指针可能发生变化，所以，每次循环必须重新获取尾部迭代器指针。不可以循环之前保存它的副本，循环时和副本比较，不要这样操作。

clear

void clear() noexcept;

删除vector的所有元素，即清空vector。vector的size为0，但是，capacity并不没有变化，即之前的为所有元素申请的内存并未释放。

释放的经典方式为：

std::vector<T>().swap(x);     // clear x reallocating
// 举例
std::vector<int> vec(4, 1);   // 创建一个拥有4个元素的vector，此时vector的size: 4, capacity: 4
vec.clear();                  // 此时vector的size: 0, capacity: 4
std::vector<int>().swap(vec); // 此时vector的size: 0, capacity: 0，之前存储元素所有的内存成功释放

原理是：

• 创建一个相同类型的临时变量，std::vector()

• 临时变量和带操作变量即vec交换

  交换后，临时变量管理vec的内存，vec管理临时变量的内存，临时变量是空的vector，所以，交换后的vec也就是空vector了

• 临时变量销毁

  因为是临时变量，在当前行代码执行完后，临时变量就销毁。随着销毁的还有它管理的之前vec的内存。

通过上面的三步，vec的多余内存得以释放。C++11增加了成员函数shrink_to_fit，用于解决退还内存的问题。但是，调用shrink_to_fit只是一个请求，标准库并不保证退还内存。

修改

reserve

void reserve (size_type n);

reserve用来通知容器应该准备保存多少个元素。它改变的是capacity的大小。只有当需要的内存空间超过当前容量时，reserve调用才会改变vector的容量。

如果事先知道自己大约需要保存多少个元素，可以调用该成员函数，事先申请内存，这样不至于随着元素的增加，标准库内部反复重新申请和释放内存。

resize

void resize (size_type n);
void resize (size_type n, const value_type& val);

resize用来增大或缩写容器，它改变的是size的大小。如果当前大小大于所要求的大小，则容器后部的元素会被删除；如果当前大小小于新大小，会将新元素添加到容器后部；

std::vector<int> vec(3, 1); // 创建一个vector，包含3个元素，初始化值均为1，内容为：1 1 1
vec.resize(4); 				// 调整vector元素为4个，最新增加的一个元素为0，内容为：1 1 1 0
vec.resize(8, 2); 			// 调整vector元素为8个，最新增加的4个元素为2，内容为：1 1 1 0 2 2 2 2
vec.resize(6);				// 调整vector元素为8个，删除后面多余的两个元素，内容为：1 1 1 0 2 2

参考

• http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/

• C++ primer 第五版