【C++ STL】vector容器详解：从入门到精通

摘要：本文深入讲解C++ STL中vector容器的使用方法，涵盖常用函数、代码示例及注意事项，助你快速掌握动态数组的核心操作！

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一、vector概述

vector是C++标准模板库（STL）中序列容器的代表，本质上是一个动态数组。它能够根据需要自动调整大小，支持快速随机访问，在尾部插入/删除元素效率极高，是C++中最常用的容器之一。

核心特性：

• 动态扩容：内存空间自动增长（默认翻倍策略）
• 连续存储：元素内存连续，支持指针偏移访问
• 随机访问：O(1)时间复杂度访问任意元素
• 尾部操作高效：push_back/pop_back的时间复杂度为O(1)

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二、vector常用函数详解

1. 构造函数

vector<int> v1;             // 空vector
vector<int> v2(5, 100);     // 5个100
vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());  // 迭代器构造
vector<int> v4(v3);         // 拷贝构造

// C++11初始化列表
vector<int> v5 = {1,2,3,4,5};  

2. 元素访问

函数	说明	示例
[]	随机访问（不检查越界）	v[2] = 5;
at()	带边界检查的访问	v.at(3) = 10;
front()	首元素	int a = v.front();
back()	尾元素	int b = v.back();
data()	返回指向数组的指针（C++11）	int* p = v.data();

3. 容量操作

v.empty();      // 判断是否为空
v.size();       // 当前元素个数
v.capacity();   // 当前分配的存储容量
v.reserve(100); // 预分配至少100个元素的空间
v.resize(10);   // 调整元素个数为10（默认填充0）
v.shrink_to_fit(); // 请求移除未使用的容量（C++11）

4. 修改操作

尾部操作：

v.push_back(10);     // 尾部插入元素
v.emplace_back(20);  // 更高效的尾部构造（C++11）
v.pop_back();        // 删除最后一个元素

插入删除：

v.insert(v.begin()+2, 100);  // 在第三个位置插入100
v.emplace(v.begin(), 50);    // 构造插入（C++11）
v.erase(v.begin()+1);        // 删除第二个元素
v.erase(v.begin(), v.begin()+3); // 删除前三个元素
v.clear();                   // 清空所有元素

交换内容：

vector<int> v6 = {6,7,8};
v.swap(v6);  // 交换两个vector的内容

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三、vector遍历方式

1. 下标遍历

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

2. 迭代器遍历

for(auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";
}

3. 范围for循环（C++11）

for(int num : v) {
    cout << num << " ";
}

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四、实战示例代码

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

int main() {
    vector<int> vec;
    
    // 添加元素
    for(int i=0; i<5; ++i){
        vec.push_back(i*10);
    } // vec: 0 10 20 30 40
    
    // 中间插入
    vec.insert(vec.begin()+2, 25); // 0 10 25 20 30 40
    
    // 删除元素
    vec.pop_back();        // 移除40
    vec.erase(vec.begin()); // 移除0 → 10 25 20 30
    
    // 修改元素
    vec[1] = 250;          // 10 250 20 30
    
    // 容量操作
    cout << "Capacity: " << vec.capacity() << endl; // 8
    vec.shrink_to_fit();
    cout << "New capacity: " << vec.capacity() << endl; //4
    
    // 遍历输出
    for(int num : vec) {
        cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

输出结果：

Capacity: 8
New capacity: 4
10 250 20 30 

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五、注意事项

1. 迭代器失效：

   • 插入元素可能导致所有迭代器失效（扩容时）
   • 删除元素会使被删元素之后的迭代器失效

2. 性能优化：

   • 使用reserve()预分配空间避免频繁扩容
   • 优先选择emplace_back()而非push_back()

3. 特殊类型：

   • vector<bool>是特化版本，每个元素占1bit，行为可能与其他类型不同

4. 内存管理：

   • clear()只清空元素，不释放内存
   • 结合shrink_to_fit()可真正释放多余内存（C++11）

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六、总结

vector凭借其高效的随机访问和动态扩展特性，成为处理动态数组需求的首选容器。合理使用reserve预分配、选择正确的插入方法，可以显著提升程序性能。掌握vector的各种操作，将为你的C++编程打下坚实基础！