5.C++中的数组和Vector

C++中的数组和Vector

数组的基本使用

• 定义与初始化
  • 静态数组：定义时指定固定大小并可同时初始化。例如int arr1[5] = {1, 2, 3, 4, 5};定义了一个包含 5 个整数的数组。也可部分初始化，如int arr2[5] = {1, 2};，未初始化的元素自动初始化为 0。
  • 动态数组：使用new关键字在堆上动态分配内存创建。如int* dynamicArr = new int[10];，需手动用delete[]释放内存，否则会内存泄漏。
• 访问元素：通过下标运算符[]访问，下标从 0 开始。例如arr1[2]访问arr1的第 3 个元素。也可通过指针偏移，因为数组名是指向首元素的指针，*(arr1 + 2)与arr1[2]等价。
• 遍历数组
  • 普通for循环：用for循环遍历数组。示例代码如下：

#include 

int main() {
    int arr[5] = {1, 3, 5, 7, 9};
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << arr[i] << " ";
    }
    return 0;
}

• foreach循环：C++11 引入的foreach循环使遍历更简洁。示例代码如下：

#include 

int main() {
    int arr[5] = {2, 4, 6, 8, 10};
    for (int num : arr) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

数组作为函数参数

• 数组作为函数参数传递时，实际传递的是数组首地址，在函数内对数组的修改会影响原始数组。函数参数列表中声明数组参数有两种方式：void function_name(data_type array_name[])和void function_name(data_type* array_name)。通常还需额外传递参数表示数组大小。示例代码如下：

#include 

void modifyArray(int arr[], int size) {
    for (int i = 0; i < size; i++) {
        arr[i] *= 2;
    }
}

int main() {
    int numbers[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    modifyArray(numbers, 5);
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << numbers[i] << " ";
    }
    return 0;
}

多维数组

• 二维数组
  • 定义与初始化：定义语法为data_type array_name[row_size][column_size];，如int matrix[3][4];。初始化可按行优先顺序，如int matrix[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};。
  • 访问元素：使用两个下标，如matrix[1][2]访问第二行第三列的元素。示例代码如下：

#include 

int main() {
    int matrix[3][4] = {{1, 2, 3, 4}, {5, 6, 7, 8}, {9, 10, 11, 12}};
    for (int i = 0; i < 3; i++) {
        for (int j = 0; j < 4; j++) {
            std::cout << matrix[i][j] << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    return 0;
}

• 三维及以上数组：与二维数组类似，只是多了维度。例如三维数组int cube[2][3][4];，可类比二维数组的操作方式进行定义、初始化和访问。

数组与指针的关系

• 数组名可看作常量指针，指向数组首元素。可以将数组名赋值给指针，通过指针操作数组。示例代码如下：

#include 

int main() {
    int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
    int* ptr = arr;
    for (int i = 0; i < 5; i++) {
        std::cout << *(ptr + i) << " ";
    }
    return 0;
}

在使用数组时，要注意下标越界问题，避免访问非法内存导致程序出错。同时，合理选择静态数组和动态数组，根据实际需求管理好内存。

然而，相比较C语言，C++除了给出数组供我们存储数据，还有一种更为简单易用的数据结构，叫做vector，它包含在C++的STL库中

Vector的使用

定义与初始化

• 默认初始化：创建一个空的vector。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec1;
    return 0;
}

• 指定大小初始化：创建一个指定大小的vector，所有元素初始化为默认值（对于int类型是 0）。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec2(5);
    for (int num : vec2) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• 指定大小和初始值初始化：创建一个指定大小的vector，并将所有元素初始化为指定值。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec3(5, 10);
    for (int num : vec3) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• 使用初始化列表初始化：使用花括号括起来的初始化列表来初始化vector。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec4 = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int num : vec4) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• 从其他vector初始化：使用另一个vector来初始化新的vector。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec5 = {1, 2, 3};
    std::vector<int> vec6(vec5);
    for (int num : vec6) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

访问元素

• 通过下标访问：与数组类似，使用[]运算符访问vector中的元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << "The third element is: " << vec[2] << std::endl;
    return 0;
}

• 使用at()函数访问：at()函数会进行边界检查，越界时抛出std::out_of_range异常。

#include 
#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    try {
        std::cout << "The third element is: " << vec.at(2) << std::endl;
        // 尝试访问越界元素
        std::cout << "Accessing out - of - range element: " << vec.at(10) << std::endl;
    } catch (const std::out_of_range& e) {
        std::cerr << "Exception: " << e.what() << std::endl;
    }
    return 0;
}

• 使用迭代器访问：迭代器是一种类似于指针的对象，用于遍历vector。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int>::iterator it;
    for (it = vec.begin(); it!= vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    return 0;
}

添加和删除元素

• push_back()添加元素：在vector的末尾添加一个元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec;
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• pop_back()删除元素：删除vector末尾的元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    vec.pop_back();
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• insert()插入元素：在指定位置插入元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 4};
    std::vector<int>::iterator it = vec.begin() + 2;
    vec.insert(it, 3);
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

• erase()删除元素：删除指定位置或指定范围的元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    // 删除第三个元素
    std::vector<int>::iterator it1 = vec.begin() + 2;
    vec.erase(it1);
    // 删除第二到第四个元素
    std::vector<int>::iterator it2 = vec.begin() + 1;
    std::vector<int>::iterator it3 = vec.begin() + 3;
    vec.erase(it2, it3);
    for (int num : vec) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

其他常用操作

• 获取大小：使用size()函数获取vector中元素的数量。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << "Size of the vector: " << vec.size() << std::endl;
    return 0;
}

• 检查是否为空：使用empty()函数检查vector是否为空。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec1;
    std::vector<int> vec2 = {1};
    std::cout << "vec1 is empty: " << (vec1.empty()? "Yes" : "No") << std::endl;
    std::cout << "vec2 is empty: " << (vec2.empty()? "Yes" : "No") << std::endl;
    return 0;
}

• 清空vector：使用clear()函数清空vector中的所有元素。

#include 
#include 

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    vec.clear();
    std::cout << "Size after clear: " << vec.size() << std::endl;
    return 0;
}