【C++】vector 类深度解析：探索动态数组的奥秘

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如果你对string类还存在疑惑，欢迎阅读我之前的作品：

👉【C++】string 类深度解析：探秘字符串操作的核心

👉【C++】string 类模拟实现：深入探索字符串操作原理

💯前言

💯为什么要学习 vector 类

💯标准库中的 vector 类

💯vector 类的内部结构🧐

💯vector 类的构造函数🚀

（一）默认构造函数

（二）带参数的构造函数

💯vector 类的成员函数

（一）获取数组信息的函数📈

（二）数组修改函数✍️

（三）获取特定元素的函数🔍

（四）数组查找函数🔎

💯vector 类的操作符重载🎯

（一）赋值操作符（=）

（二）加法操作符（+）

（三）下标操作符（[]）

💯总结

💯前言

在 C++ 编程中，动态数组的处理是一个重要任务🧐。你是否曾为传统数组的限制和内存管理烦恼😫？vector类提供了便捷解决方案，深入了解它对编程很有意义😎。

相关资料👉 vector官方文档

💯为什么要学习 vector 类

（一）动态大小调整

传统数组需指定固定大小，很不方便😒。vector类可动态调整大小，无需事先确定容量，处理不确定数据时更灵活👏。

（二）内存管理自动化

vector类自动处理内存分配和释放，避免内存泄漏和悬空指针等问题，还能高效利用内存空间，自动扩展或收缩内存，很厉害😃。

（三）丰富的操作接口

vector类提供丰富成员函数和操作符重载，操作数组元素更方便直观，插入、删除、查找和修改元素都轻松😎。

💯标准库中的 vector 类

（一）定义与头文件📄

vector类是 C++ 标准库中用于表示和操作动态数组的类，定义在<vector>头文件中。使用时需包含该头文件及using namespace std;，它是普通数组的升级版，扩展和增强了普通数组功能💪。

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;

💯vector 类的内部结构🧐

（一）数据成员📊

vector类内部包含指向存储元素内存区域的指针，以及记录元素个数（size）和容量（capacity）的成员变量。这些成员协同工作实现动态数组功能。例如添加元素时，若元素个数等于容量，vector会自动重新分配更大内存空间并复制原有元素，很智能😃。

（二）内存管理💾

vector类采用高效内存管理策略。扩展内存时通常成倍增加容量，减少内存分配次数，提高性能。删除元素时也会适当调整内存空间，避免浪费😘。

💯vector 类的构造函数🚀

（一）默认构造函数

vector类的默认构造函数创建空vector对象，初始大小为 0。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    cout << "默认构造函数创建的vector对象的大小为: " << v.size() << endl;
    return 0;
}

（二）带参数的构造函数

可用指定大小和初始值构造vector对象。如用整数参数指定初始大小，元素默认初始化：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    cout << "使用指定大小构造的vector对象的大小为: " << v.size() << endl;
    return 0;
}

✨也可用两个参数，一个指定大小，另一个指定初始值：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5, 10);
    cout << "使用指定大小和初始值构造的vector对象的大小为: " << v.size() << endl;
    cout << "第一个元素的值为: " << v[0] << endl;
    return 0;
}

💯vector 类的成员函数

函数名称	功能说明
`size`（重点）⭐	返回`vector`中当前元素个数😃
`capacity`	返回`vector`当前分配的内存容量🧐
`empty`（重点）⭐	检测`vector`是否为空，是则返回`true`，否则返回`false`😏
`clear`（重点）⭐	清空`vector`中所有元素🧹
`reserve`（重点）⭐	为`vector`预留指定大小的内存空间📦
`resize`（重点）⭐	将`vector`的元素个数调整为`n`个，如果`n`大于当前元素个数，则用默认值填充新增元素空间；如果`n`小于当前元素个数，则删除多余元素✂️
`at`	通过下标安全地访问`vector`中的元素，如果下标越界则抛出异常🚫
`front`	返回`vector`中的第一个元素👑
`back`	返回`vector`中的最后一个元素🏁
`push_back`	在`vector`的末尾添加一个元素➕
`pop_back`	从`vector`的末尾删除一个元素➖
`insert`	在指定位置插入一个或多个元素✏️[
`erase`	删除`vector`中的指定元素或元素区

（一）获取数组信息的函数📈

1.size()和capacity()函数

size()函数返回vector中实际元素个数，capacity()函数返回当前分配内存能容纳的元素个数。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    cout << "vector的元素个数为: " << v.size() << "，容量为: " << v.capacity() << endl;
    return 0;
}

2.empty()函数

用于检测vector是否为空。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    cout << "vector是否为空: " << (v.empty()? "是" : "否") << endl;
    return 0;
}

（二）数组修改函数✍️

1.push_back()函数

push_back()函数用于在vector的末尾添加一个元素，是常用方法。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    v.push_back(1);
    cout << "添加元素后的vector的元素个数为: " << v.size() << endl;
    return 0;
}

2.pop_back()函数

pop_back()函数用于从vector的末尾删除一个元素。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    v.pop_back();
    cout << "删除元素后的vector的元素个数为: " << v.size() << endl;
    return 0;
}

3.insert()函数

insert()函数用于在指定位置插入一个或多个元素，需指定位置和要插入的元素。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    v.insert(v.begin() + 2, 10);
    cout << "插入元素后的vector的元素个数为: " << v.size() << endl;
    cout << "插入元素后的vector的第3个元素为: " << v[2] << endl;
    return 0;
}

4.erase()函数

erase()函数用于删除vector中的指定元素或元素区间，需指定要删除的元素位置。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    v.erase(v.begin() + 2);
    cout << "删除元素后的vector的元素个数为: " << v.size() << endl;
    cout << "删除元素后的vector的第3个档案为: " << v[2] << endl;
    return 0;
}

（三）获取特定元素的函数🔍

1.at()函数

at()函数通过下标安全地访问vector中的元素，下标越界会抛出异常。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    try {
        cout << "使用at()函数访问第3个元素: " << v.at(2) << endl;
    } catch (const out_of_range& e) {
        cout << "下标越界异常: " << e.what() << endl;
    }
    return 0;
}

2.front()函数

front()函数返回vector中的第一个元素。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;
int main() {
    vector<int> v(5);
    cout << "第一个元素的值为: " << v.front() << endl;
    return 0;
}

3.back()函数

back()函数返回vector中的最后一个元素。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;
int main() {
    vector<int> v(5);
    cout << "最后一个元素的值为: " << v.back() << endl;
    return 0;
}

（四）数组查找函数🔎

在vector中，可通过逐个比较元素实现两个vector的比较。查找元素位置可使用std::find()算法结合vector的迭代器。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    v[0] = 1;
    v[1] = 2;
    v[2] = 3;
    auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 3);
    if (it!= v.end()) {
        cout << "找到元素的位置为: " << (it - v.begin()) << endl;
    } else {
        cout << "未找到元素" << endl;
    }
    return 0;
}

💯vector 类的操作符重载🎯

（一）赋值操作符（=）

vector类重载了赋值操作符，可将一个vector对象赋值给另一个。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v1(5);
    vector<int> v2;
    v2 = v1;
    cout << "赋值后的v2的元素个数为: " << v2.size() << endl;
    return 0;
}

（二）加法操作符（+）

虽 C++ 标准库未直接定义vector类加法操作符重载，但可通过自定义函数或算法库函数实现类似功能。例如使用std::merge()函数合并两个vector模拟加法效果。如下：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v1{1, 2, 3, 4, 5};
    vector<int> v2{6, 7, 8};
    vector<int> v3;
    merge(v1.begin(), v1.end(), v2.begin(), v2.end(), back_inserter(v3));
    cout << "合并后的 v3 的元素个数为: " << v3.size() << endl;
    for (const auto& element : v3) {
        cout << element << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

（三）下标操作符（[]）

vector类重载了下标操作符，可通过下标访问vector中的单个元素。例如：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> v(5);
    v[0] = 1;
    cout << "vector中的第1个元素为: " << v[0] << endl;
    return 0;
}