C++ vector 的使用

news2024/11/19 13:43:25

· CSDN的uu们，大家好。这里是C++入门的第十七讲。
· 座右铭：前路坎坷，披荆斩棘，扶摇直上。
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目录

1. 构造函数 

1.1 vector(size_t n, const T& val = T())

1.2  vector (const vector& x)

1.3 无参构造 

2. size_t size() const

3. void resize (size_t n, T val = T())

4. size_t capacity() const

5. bool empty() const

6. void reserve (size_t n)

7. T& operator[] (size_t n)

8. T& front()

9. T& back()

10. void push_back (const T& val)

11. void pop_back() 

12. void insert ()

12.1 iterator insert (iterator pos, const T& val)

12.2 void insert (iterator position, size_t n, const T& val)

13. erase()

13.1 iterator erase (iterator pos)

13.2 iterator erase (iterator first, iterator last)

14. void swap(vector& v)

15. void clear()

1. vector是表示可变大小数组的序列容器。

2. 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。

3. 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这个数组。就时间而言，这是 一个相对代价高的任务，因为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。

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。

5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增 长。

6. 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末 尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起 list (双向链表) 和forward_list (单向链表) 统一的迭代器和引用更好。

1. 构造函数 

 

库里面有很多重载的版本，看看就行，我们学习最常用的！

1.1 vector(size_t n, const T& val = T())

在学习和模拟string的时候没有用到模板，那是因为 string 的出现非常早，并且也没必须做成模板类嘛！但是vector就不一样了，vector里面可以存储各式各样的数据类型，不做成模板那可老难受了！所以这个构造函数里面的 T 就是模板参数，缺省值 val = T() 表示不给 val 传参调用 T 的默认构造当作 val 的缺省值。

这个构造函数表示为 vector 开辟 n 个 T 类型数据大小的实际空间，并初始化为 val。

例如：vector<int> v(10)，开辟 10 个整形的空间，并且初始化为 0，为啥是初始化为 0 呢，因为 int() 的结果就是 0。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10, 2); // 10个整形大小的空间，初始化为 2 
	return 0;
}

1.2  vector (const vector& x)

这是拷贝构造函数，就不用多说啦！支持用一个 vector 对象构造出一个新的 vector 对象。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10, 2);
	vector<int> b(a);
	return 0;
}

1.3 无参构造 

在写代码的时候，我们经常习惯这么写：

vector<int> a;

这么写vector会分配空间嘛！ 

显然，没有分配空间，无参构造出来的 vector 是不能用下标去访问数据的，因为压根就没有分配空间嘛！

2. size_t size() const

这个函数可以返回一个vector对象实际存储元素的个数！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10);
	cout << a.size() << endl; //输出：10

	vector<int> b;
	cout << b.size() << endl; //输出：0
	return 0;
}

3. void resize (size_t n, T val = T())

这个函数跟 string 的那个 resize 简直一毛一样。当 n 大于原 vector 的 size，就会用 val 初始化新获得的空间，不传 val 就是用 T 类型的默认构造的值来初始化新获得的空间；当 n 小于原 vector 的 size，直接截断就行啦！

当 n 小于原 vector 的 size 时：

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10);

	for (int i = 0; i < 10; i++)
		a[i] = i + 1;

	a.resize(5);

	return 0;
}

当 n 大于原 vector 的 size 时：

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(5);

	for (int i = 0; i < 5; i++)
		a[i] = i + 1;

	a.resize(10, 88);

	return 0;
}

4. size_t capacity() const

这个函数用来返回 vector 实际维护空间的大小，这一点与 string 是十分相似的！size用来维护 实际存储的元素个数，capacity 用来维护实际容量，方便扩容的实现！

不同编译器的扩容逻辑都是不相同的，在不同编译器的结果可能不尽相同！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a;
	cout << a.capacity() << endl; //输出：0

	vector<int> b(10);
	cout << b.capacity() << endl; //输出：10

	return 0;
}

5. bool empty() const

这个函数用来判断 vector 的 size 是否等于 0，如果 vector 的size == 0，返回 true 否则返回 false。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a;
	cout << a.empty() << endl; //输出：1

	return 0;
}

6. void reserve (size_t n)

这个函数可以改变 vector 维护的实际空间大小，这个函数和 string 的reserve 相似，即改变capacity的大小！

7. T& operator[] (size_t n)

一个类的对象支持下标访问元素的根本原因就是该类重载了[]运算符！重载 [] 运算符使得我们可以轻松地访问和修改vector 的元素。

T 是模板参数哈，因为 vector 是个模板类，vector 存储的元素类型需要在编译时才能确定！

该函数的实现依然是有 const 和非 const 版本，支持 const 对象的调用 和 非 const 对象的调用。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10, 1);

	//修改vector中的元素
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		a[i]++;

	//访问vector中的元素，输出：2 2 2 2 2 2 2 2 2 2
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		cout << a[i] << " ";
	cout << endl;
	
	return 0;
}

8. T& front()

 返回 vector 中的第一个元素，很简单哈！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10, 1);

	cout << a.front() << endl; //输出：1
	
	return 0;
}

9. T& back()

返回 vector 数组中最后一个元素，同样比较好理解！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10);
	for (int i = 0; i < 10; i++)
		a[i] = i;

	cout << a.back() << endl; //输出：9
	
	return 0;
}

10. void push_back (const T& val)

这个函数就是在 vector 数组的末尾增加一个元素。

比如：你有一个 vector，他的 size 是 10，那么调用 push_back() 函数，就会在 下标为 10 的位置插入一个元素，同时这个vector 的size 变为 11。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10);
	a.push_back(10);
	
	cout << a.back() << endl; //输出：10
	return 0;
}

11. void pop_back() 

这个函数也是很简单哇！删除 vector 数组最后那个元素，就是 下标为 size - 1 的那个元素。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(10);
	a.push_back(10);
	
	a.pop_back();
	cout << a.back() << endl; //输出：0
	return 0;
}

12. void insert ()

12.1 iterator insert (iterator pos, const T& val)

这个 iterator 就是 vector 的迭代器哈！在 string 的模拟实现中，我们知道了 string 的迭代器就是一个 char*。那 vector 的迭代器是啥呢？没错就是 T*。在 string 和 vector 中迭代器都是指针，但是我想说的就是迭代器不完全是指针哈，在我们模拟实现 list 以及后面的容器的时候你就知道啦！

这个函数就是在 一个迭代器的位置插入一个值为 val 的元素，并且返回新插入元素位置的迭代器。

如上图，我们要在 pos 位置插入一个新的元素，那么我们就要将包括 pos 在内的所有元素向后移动一个下标，插入新的元素 val 之后，返回 pos 位置的迭代器！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a;
	a.push_back(1);
	a.push_back(2);
	a.push_back(3);
	a.push_back(4);

	a.insert(a.begin() + 2, 5); // 在下标为 2 的位置插入一个元素 5 

	//输出：1 2 5 3 4
	for (auto e : a)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

12.2 void insert (iterator position, size_t n, const T& val)

这个函数就是在 pos 位置插入 n 个 val 元素！原理和上面的差不多哈！举个例子方便大家理解！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(3, 1);

	a.insert(a.begin(), 3, 0); //在下标为 0 的位置插入三个0

	//输出：0 0 0 1 1 1
	for (auto e : a)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

13. erase()

13.1 iterator erase (iterator pos)

这个函数可以删除 pos 位置的元素，然后返回 pos 位置的下一个位置的迭代器！

可以看看例子加深理解，是在理解不了也没关系，下一讲模拟实现 vector 保证你彻彻底底理解erase。

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a;
	a.push_back(1);
	a.push_back(2);
	a.push_back(3);

	//删除下标为 1 的元素
	auto it = a.erase(a.begin() + 1);

	cout << *it << endl;
	return 0;
}

13.2 iterator erase (iterator first, iterator last)

 这个函数能够删除两个迭代器之间的所有元素，删除的范围是：[first, last)。左闭右开的一个区间哈！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a;
	a.push_back(0);
	a.push_back(1);
	a.push_back(2);
	a.push_back(3);
	a.push_back(4);
	a.push_back(5);
	a.push_back(6);

	//删除下标为 [1, 4) 的所有元素
	a.erase(a.begin() + 1, a.begin() + 4);

	//输出：0 4 5 6
	for (auto e : a)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

14. void swap(vector<T>& v)

 这个函数可以实现两个 vector 之间的交换，和 string 里面的那个swap 差不多！

#include<vector>
#include<iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<int> a(3, 1);
	vector<int> b(3, 2);

	a.swap(b);

	//输出：2 2 2
	for (auto e : a)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	//输出：1 1 1
	for (auto e : b)
		cout << e << " ";
	cout << endl;

	return 0;
}

15. void clear()

 这个函数可以清空 vector 中存储的所有元素。

我们实现的时候，只需要将 size 置为 0，就可以啦！capacity 是不需要改变的！

vector 的使用相比 string 的使用就简单多了！

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