STL vector 容器介绍

STL vector 容器介绍 

A Presentation of the STL Vector Container (By Nitron)

翻译 masterlee

介绍 std::vector ，并且讨论它在 STL 中的算法和条件函数 remove_if() 。

 

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介绍

这篇文章的目的是为了介绍 std::vector ，如何恰当地使用它们的成员函数等操作。本文中还讨论了条件函数和函数指针在迭代算法中使用，如在 remove_if() 和 for_each() 中的使用。通过阅读这篇文章读者应该能够有效地使用 vector 容器，而且应该不会再去使用 C 类型的动态数组了。

 

Vector总览

vector 是 C++ 标准模板库中的部分内容，它是一个多功能的，能够操作多种数据结构和算法的模板类和函数库。 vector 之所以被认为是一个容器，是因为它能够像容器一样存放各种类型的对象，简单地说， vector 是一个能够存放任意类型的动态数组，能够增加和压缩数据。

为了可以使用 vector ，必须在你的头文件中包含下面的代码：

# include <vector>

 

vector 属于 std 命名域的，因此需要通过命名限定，如下完成你的代码：

using std::vector; vector< int > vInts;

 

或者连在一起，使用全名：

std::vector< int > vInts;

 

建议使用全局的命名域方式：

using namespace std;

 

在后面的操作中全局的命名域方式会造成一些问题。 vector 容器提供了很多接口，在下面的表中列出 vector 的成员函数和操作。

 

Vector成员函数

函数	表述
c.assign(beg,end) c.assign(n,elem)	将 [beg; end) 区间中的数据赋值给 c 。 将 n 个 elem 的拷贝赋值给 c 。
c.at(idx)	传回索引 idx 所指的数据，如果 idx 越界，抛出 out_of_range 。
c.back()	传回最后一个数据，不检查这个数据是否存在。
c.begin()	传回迭代器重的可一个数据。
c.capacity()	返回容器中数据个数。
c.clear()	移除容器中所有数据。
c.empty()	判断容器是否为空。
c.end()	指向迭代器中的最后一个数据地址。
c.erase(pos) c.erase(beg,end)	删除 pos 位置的数据，传回下一个数据的位置。 删除 [beg,end) 区间的数据，传回下一个数据的位置 。
c.front()	传回地一个数据。
get_allocator	使用构造函数返回一个拷贝。
c.insert(pos,elem) c.insert(pos,n,elem) c.insert(pos,beg,end)	在 pos 位置插入一个 elem 拷贝，传回新数据位置。 在 pos 位置插入 n 个 elem 数据。无返回值。 在 pos 位置插入在 [beg,end) 区间的数据。无返回值。
c.max_size()	返回容器中最大数据的数量。
c.pop_back()	删除最后一个数据。
c.push_back(elem)	在尾部加入一个数据。
c.rbegin()	传回一个逆向队列的第一个数据。
c.rend()	传回一个逆向队列的最后一个数据的下一个位置。
c.resize(num)	重新指定队列的长度。
c.reserve()	保留适当的容量。
c.size()	返回容器中实际数据的个数。
c1.swap(c2) swap(c1,c2)	将 c1 和 c2 元素互换。 同上操作。
vector<Elem> c vector <Elem> c1(c2) vector <Elem> c(n) vector <Elem> c(n, elem) vector <Elem> c(beg,end) c.~ vector <Elem>()	创建一个空的 vector 。 复制一个 vector 。 创建一个 vector ，含有 n 个数据，数据均已缺省构造产生 。 创建一个含有 n 个 elem 拷贝的 vector 。 创建一个以 [beg;end) 区间的 vector 。 销毁所有数据，释放内存。

 

Vector操作

函数	描述
operator []	返回容器中指定位置的一个引用。

 

创建一个vector

vector 容器提供了多种创建方法，下面介绍几种常用的。

创建一个 Widget 类型的空的 vector 对象：

vector<Widget> vWidgets; //     ------ //      | //      |- Since vector is a container, its member functions //         operate on iterators and the container itself so //         it can hold objects of any type.

 

创建一个包含 500 个 Widget 类型数据的 vector ：

vector<Widget> vWidgets(500);

 

创建一个包含 500 个 Widget 类型数据的 vector ，并且都初始化为 0 ：

vector<Widget> vWidgets(500, Widget(0));

 

创建一个 Widget 的拷贝：

vector<Widget> vWidgetsFromAnother(vWidgets);

 

向vector添加一个数据

vector 添加数据的缺省方法是 push_back() 。 push_back() 函数表示将数据添加到 vector 的尾部，并按需要来分配内存。例如：向 vector<Widget> 中添加 10 个数据，需要如下编写代码：

for (int i= 0;i<10; i++)     vWidgets.push_back(Widget(i));

 

获取vector中制定位置的数据

很多时候我们不必要知道 vector 里面有多少数据， vector 里面的数据是动态分配的，使用 push_back() 的一系列分配空间常常决定于文件或一些数据源。如果你想知道 vector 存放了多少数据，你可以使用 empty() 。获取 vector 的大小，可以使用 size() 。例如，如果你想获取一个 vector v 的大小，但不知道它是否为空，或者已经包含了数据，如果为空想设置为 -1 ，你可以使用下面的代码实现：

int nSize = v.empty() ? -1 : static_cast < int >(v.size());

 

访问vector中的数据

使用两种方法来访问 vector 。

1、   vector::at()

2、   vector::operator[]

operator[] 主要是为了与 C 语言进行兼容。它可以像 C 语言数组一样操作。但 at() 是我们的首选，因为 at() 进行了边界检查，如果访问超过了 vector 的范围，将抛出一个例外。由于 operator[] 容易造成一些错误，所有我们很少用它，下面进行验证一下：

分析下面的代码：

vector< int > v; v.reserve(10);   for ( int i=0; i<7; i++)     v.push_back(i);   try {   int iVal1 = v[7]; // not bounds checked - will not throw   int iVal2 = v.at(7); // bounds checked - will throw if out of range } catch ( const exception& e) {  cout << e.what(); }

 

我们使用 reserve() 分配了 10 个 int 型的空间，但并不没有初始化。如下图所示：

你可以在这个代码中尝试不同条件，观察它的结果，但是无论何时使用 at() ，都是正确的。

 

删除vector中的数据

vector 能够非常容易地添加数据，也能很方便地取出数据，同样 vector 提供了 erase() ， pop_back() ， clear() 来删除数据，当你删除数据的时候，你应该知道要删除尾部的数据，或者是删除所有数据，还是个别的数据。在考虑删除等操作之前让我们静下来考虑一下在 STL 中的一些应用。

 

Remove_if()算法

现在我们考虑操作里面的数据。如果要使用 remove_if() ，我们需要在头文件中包含如下代码：：

# include <algorithm>

 

         Remove_if() 有三个参数：

1、   iterator _First ：指向第一个数据的迭代指针。

2、   iterator _Last ：指向最后一个数据的迭代指针。

3、   predicate _Pred ：一个可以对迭代操作的条件函数。

 

条件函数

条件函数是一个按照用户定义的条件返回是或否的结果，是最基本的函数指针，或者是一个函数对象。这个函数对象需要支持所有的函数调用操作，重载 operator()() 操作。 remove_if() 是通过 unary_function 继承下来的，允许传递数据作为条件。

例如，假如你想从一个 vector<CString> 中删除匹配的数据，如果字串中包含了一个值，从这个值开始，从这个值结束。首先你应该建立一个数据结构来包含这些数据，类似代码如下：

# include <functional> enum findmodes {  FM_INVALID = 0,  FM_IS,  FM_STARTSWITH,  FM_ENDSWITH,  FM_CONTAINS }; typedef struct tagFindStr {  UINT iMode;  CString szMatchStr; } FindStr; typedef FindStr* LPFINDSTR;

 

然后处理条件判断：

class FindMatchingString     : public std::unary_function<CString, bool > {     public :  FindMatchingString( const LPFINDSTR lpFS) : m_lpFS(lpFS) {}       bool operator()(CString& szStringToCompare) const  {      bool retVal = false ;        switch (m_lpFS->iMode)      {      case FM_IS:        {          retVal = (szStringToCompare == m_lpFDD->szMatchStr);          break ;        }      case FM_STARTSWITH:        {          retVal = (szStringToCompare.Left(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())                == m_lpFDD->szWindowTitle);           break ;        }      case FM_ENDSWITH:        {          retVal = (szStringToCompare.Right(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())                == m_lpFDD->szMatchStr);          break ;        }       case FM_CONTAINS:        {          retVal = (szStringToCompare.Find(m_lpFDD->szMatchStr) != -1);          break ;        }      }              return retVal;  }         private :     LPFINDSTR m_lpFS; };

 

通过这个操作你可以从 vector 中有效地删除数据：

// remove all strings containing the value of // szRemove from vector<CString> vs.   FindStr fs; fs.iMode = FM_CONTAINS; fs.szMatchStr = szRemove;   vs.erase(std::remove_if(vs.begin(), vs.end(), FindMatchingString(&fs)), vs.end());

 

Remove_if()能做什么？

你可能会疑惑，对于上面那个例子在调用 remove_if() 的时候还要使用 erase() 呢？这是因为大家并不熟悉 STL 中的算法。 Remove(),remove_if( ) 等所有的移出操作都是建立在一个迭代范围上的，那么不能操作容器中的数据。所以在使用 remove_if() ，实际上操作的时容器里数据的上面的。思考上面的例子：

1、   szRemove = “o”.

2、   vs 见下面图表中的显示。

观察这个结果，我们可以看到 remove_if() 实际上是根据条件对迭代地址进行了修改，在数据的后面存在一些残余的数据，那些需要删除的数据。剩下的数据的位置可能不是原来的数据，但他们是不知道的。

调用 erase() 来删除那些残余的数据。注意上面例子中通过 erase() 删除 remove_if() 的结果和 vs.enc() 范围的数据。

 

压缩一个臃肿的vector

很多时候大量的删除数据，或者通过使用 reserve() ，结果 vector 的空间远远大于实际需要的。所有需要压缩 vector 到它实际的大小。 resize() 能够增加 vector 的大小。 Clear() 仅仅能够改变缓存的大小，所有的这些对于 vector 释放内存等九非常重要了。如何来解决这些问题呢，让我们来操作一下。

我们可以通过一个 vector 创建另一个 vector 。让我们看看这将发生什么。假定我们已经有一个 vector v ，它的内存大小为 1000 ，当我们调用 size() 的时候，它的大小仅为 7 。我们浪费了大量的内存。让我们在它的基础上创建一个 vector 。

std::vector<CString> vNew(v); cout << vNew.capacity();

 

vNew.capacity() 返回的是 7 。这说明新创建的只是根据实际大小来分配的空间。现在我们不想释放 v ，因为我们要在其它地方用到它，我们可以使用 swap() 将 v 和 vNew 互相交换一下？

vNew.swap(v);     cout << vNew.capacity();     cout << v.capacity();

 

有趣的是： vNew.capacity() 是 1000 ， 而 v.capacity() 是 7 。

现在是达到我的目的了，但是并不是很好的解决方法，我们可以像下面这么写：

std::vector<CString>(v).swap(v);

     

你可以看到我们做了什么？我们创建了一个临时变量代替那个命名的，然后使用 swap() , 这样我们就去掉了不必要的空间，得到实际大小的 v 。

 

结论

我希望这个文档可以给那些使用 STL vector 容器的开发者很有价值的参考。我也希望通过阅读这篇文章你可以放心地使用 vector 来代替 C 语言中的数据了。

 

参考

Plauger, P.J. Standard C++ Library Reference. February, 2003. MSDN.

Schildt, Herbert. C++ from the Ground Up, Second Edition. Berkeley: 1998.

Sutter, Herb. More Exceptional C++. Indianapolis: 2002.

 

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                  写于   2004/11/9  masterlee

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