C++ vector使用详解

目录

一.vector的介绍

1.1 vector的本质

1.2 vector的特点

1.3 vector的优缺点

二.vector的初始化

三.vector iterator 的使用(迭代器）

 四 vector空间增长问题

五 vector 增删查改  

5.1 push_back

 5.2 pop_back()

 5.3 find() 函数

 5.4 insert()函数

 5.5 erase（）函数

 5.6 swap（） 函数

 5.7 operator[]

---

在学STL的时候希望大家多翻阅一下文档---vector的文档介绍：

https://cplusplus.com/reference/vector/vector/

一.vector的介绍

  C++是一门广泛应用于计算机程序设计的编程语言，而vector则是C++中非常常用的一个容器。下面将详细介绍C++ vector的特性和使用方法。

1.1 vector的本质

  vector是C++ STL（标准模板库）中的一个动态数组容器，可以在程序运行时动态地定义和改变其大小。与传统数组相比，vector的最大优势就是内存管理的自动化，让开发者不必过多关注内存的分配和释放问题。

1.2 vector的特点

（1）向量大小可变：由于vector是动态数组，所以其大小是可变的，可以通过push_back、insert、erase等操作实现动态调整数组大小。

（2）连续存储：不像链表那样需要额外的指针来建立节点间的联系，vector的元素都是连续存储的，这也使得它的访问速度比链表更快。

（3）支持随机访问：由于vector的元素是连续存储的，所以我们可以使用下标随机访问其中的元素，这也是vector的另一个优点。

（4）内存管理自动化：vector容器对内存进行了自动管理，对于开发者而言，不必再去手动分配内存空间或者释放内存空间。

1.3 vector的优缺点

  优点：

  1.采用连续的地址存储元素， 自然就支持下标的随机访问， 因此 访问元素的效率 更加高效。

  2.在尾部插入删除等行为不需要挪动数据，效率也较高。

缺点：

  1.空间不足扩容时，可能造成空间的浪费。（看下面的解释）

  2.在除尾部外 进行数据的插入删除操作时，会依次挪动数据，效率极为低下。

ps：从本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。

当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到新的数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务。因此每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小，而是采取对应的分配空间策略。

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，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。

因此，vector占用了更多的存储空间。

二.vector的初始化

注意：<>里面的内容即为数组存储元素的类型

方式1.

//无参函数构造，即构造一个大小为0的数组
vector v;

方式2：

//定义具有10个整型元素的变量，且给其中的每个元素初值为1
vector  v(10,1);

方式3：

//拷贝构造
vector  v1(v);

方式4：

//迭代器构造

vector v1(v.begin(),v.end());

注意：vector的迭代器实际上是一个原生指针，我们来看一下这个方法在文档中的定义：

//这里的InputIterator 即为指针类型
vector (InputIterator first, InputIterator last);

因此我们也可以得出下面这个方式：

//数组赋值
int v[3]={1,2,3};
vector v1(v,v+3);

这里实际上也是借助指针来赋值。

代码实现在下面板块写。

三.vector iterator 的使用(迭代器）

iterator 的使用	接口说明
begin() + end()	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin()+rend()	获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator

 

 代码实现：

#include
#include
using namespace std;

int main()
{
	vector v(10,1);

	vector v1(v);

	vector::iterator it = v.begin();

	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << ' ';
		it++;
	}

	cout << endl;

	//有迭代器就有范围for

	for (auto x : v1)
	{
		cout << x << ' ';
	}
	cout << endl;


	return 0;
}

 结果为：

 

#include
#include
using namespace std;

int main()
{

	vector v;

	int a[10] = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };

	vector v1(a, a + 10);

	for (auto x : v1)
	{
		cout << x << ' ';
	}
	cout << endl;

	vector v2(v1.begin(), v1.end());

	for (auto x : v2)
	{
		cout << x << ' ';
	}
	cout << endl;


	return 0;
}

结果为：

 四 vector空间增长问题

函数定义	接口说明
size()	获取有效空间（数据个数）
capacity()	获取最大空间（有效容量）
empty()	判断空间大小是否为空
resize()	改变vector 的size
reserve()	改变vector 的capacity

代码示例：

#include
#include

using namespace std;

int main()
{
	vector v(20, 1);

	v.reserve(30);//这里将v的capacity扩大为30

	cout << v.size() << endl;

	cout << v.capacity() << endl;

	v.resize(30);

	cout << v.size() << endl;

	cout << v.capacity() << endl;


	return 0;
}

代码结果为：

 capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

五 vector 增删查改
 

函数名称	接口说明
push_back()	尾插
pop_back()	尾删
find()	查找（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert()	在position之前插入val
erase()	删除position位置的数据
swap()	交换两个vector的数据空间
operator()	像数组一样访问 下标随机访问

5.1 push_back

函数定义为：

  作用为：在顺序表尾部插入一个 val 数据

代码示例：

#include
#include
using namespace std;
int main()
{
	vector v(2, 1);
	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;

	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

代码结果为：

 5.2 pop_back()

函数定义：

 函数作用：

删除尾部元素。

代码示例：

#include
#include
using namespace std;
int main()
{
	vector v(2, 1);
	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;

	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	v.push_back(3);
	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();

	for (auto x : v)
	{
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

结果为：

 5.3 find() 函数

函数定义：

  其中，val 指定需要查找的元素值，返回值是指向第一个匹配元素的迭代器。如果没有找到匹配的元素，则返回指向 vector 容器末尾的迭代器（end（））。 

代码示例：

#include 
#include 

using namespace std;

int main()
{
    vector vec = { 10, 20, 30, 40, 50, 60 };

    // 查找元素
    auto iter = find(vec.begin(), vec.end(), 30);

    if (iter != vec.end())
    {
        cout << "元素找到，并位于 vector 的第 " << iter - vec.begin() << " 个位置上。" << endl;
    }
    else
    {
        cout << "未能找到指定元素。" << endl;
    }

    return 0;
}

 代码结果为：

 5.4 insert()函数

函数定义：

 其中，第一个版本的 insert() 函数使用了一个元素值作为插入项。

第二个版本的 insert() 函数接受了一对迭代器和一个元素值，表示在指定区间范围内插入相应数量的元素。

第三个版本的 insert() 函数则是在指定位置上插入输入区间中的所有元素。

 代码示例：

#include 
#include 

using namespace std;

int main()
{
    vector vec = { 10, 20, 30 };
    auto pos = vec.begin() + 1;

    vec.insert(pos, 40);//在第二个位置插入一个40

    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    pos = vec.begin() + 1;//注意迭代器失效

    vec.insert(pos, 2, 50);//在第二个元素前插入两个五十

    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    vector vec2 = { 60, 70, 80 };
    vec.insert(vec.begin(), vec2.begin(), vec2.end() );//在begin（）位置之前插入一个迭代器区间的所有值

    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

输出结果：

 5.5 erase（）函数

函数定义：

 其中，第一个版本的 erase() 函数删除指定位置上的单个元素

第二个版本的 erase() 函数则删除迭代器指定区间内的所有元素。

代码示例：

#include 
#include 

using namespace std;

int main()
{
    vector vec = { 10, 20, 30, 40, 50 };

    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 删除单个元素
    auto it1 = vec.erase(vec.begin() + 2);  // 删除第三个元素
    cout << "After erasing: ";
    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 删除区间内的元素
    auto it2 = vec.erase(vec.begin() + 1, vec.begin() + 3);  // 删除第二个到第四个元素
    cout << "After erasing: ";
    for (auto it : vec)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

代码结果为：

 5.6 swap（） 函数

函数定义：

其中，swap() 通过引用传递另一个 vector 容器，并且不返回任何值。

#include 
#include 

using namespace std;

int main()
{
    vector vec1 = { 10, 20, 30 };
    vector vec2 = { 40, 50, 60 };


    //交换前
    cout << "Before swapping:\n";
    cout << "vec1: ";
    for (auto it : vec1)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << "\nvec2: ";
    for (auto it : vec2)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    vec1.swap(vec2);
    //交换后
    cout << "After swapping:\n";
    cout << "vec1: ";
    for (auto it : vec1)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << "\nvec2: ";
    for (auto it : vec2)
    {
        cout << it << " ";
    }
    cout << endl;

    return 0;
}

代码结果：

 5.7 operator[]

支持vector像数组一样访问下标。

代码示例：

#include
#include

using namespace std;

int main()
{
	vector v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

代码结果为：

 总结：

vector 是 C++ STL 库中常用的容器之一，其提供了丰富的成员函数，包括插入、删除、元素访问等操作。而其中的 swap() 函数则是在 vector 容器中交换两个容器元素的重要成员函数之一，通过掌握其使用方法，我们可以更加高效地开发出满足需求的应用程序。