在C++编程中,
vector
是标准模板库(STL)中最常用的容器之一。它以其动态数组的特性、高效的尾部操作和便捷的随机访问能力,成为处理动态数据的首选工具。无论是初学者还是经验丰富的开发者,掌握vector
的使用方法和性能优化技巧,都是提升代码效率的关键。然而,
vector
的强大功能背后也隐藏着一些需要注意的细节,例如动态扩容的开销、迭代器失效问题以及不同操作的性能差异。
一、vector
容器概述
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定义:
vector
是C++标准模板库(STL)中的动态数组,支持随机访问、动态扩容和高效尾部操作。 -
特点:
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内存连续存储,支持快速随机访问(时间复杂度 O(1))。
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尾部插入/删除高效(均摊 O(1)),中间或头部操作效率较低(O(n))。
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自动管理内存,动态调整容量(通过
reserve
可手动优化)。
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二、vector
常用操作及示例
1. 构造函数与初始化
操作 | 功能说明 | 示例代码 |
---|---|---|
默认构造 | 创建空 vector | vector<int> v1; |
指定大小和初始值 | 创建大小为 n 的 vector | vector<int> v2(5, 10); // 5个元素,值10 |
通过迭代器初始化 | 用其他容器的范围初始化 | vector<int> v3(v2.begin(), v2.end()); |
列表初始化(C++11) | 直接通过列表初始化 | vector<int> v4 = {1, 2, 3, 4}; |
2. 元素访问
操作 | 功能说明 | 示例代码 | 时间复杂度 |
---|---|---|---|
v[i] | 访问第 i 个元素(不检查越界) | int x = v[2]; | O(1) |
v.at(i) | 访问第 i 个元素(检查越界) | int y = v.at(3); // 越界抛出异常 | O(1) |
v.front() | 访问第一个元素 | int first = v.front(); | O(1) |
v.back() | 访问最后一个元素 | int last = v.back(); | O(1) |
v.data() | 获取底层数组指针 | int* p = v.data(); | O(1) |
3. 容量操作
操作 | 功能说明 | 示例代码 | 时间复杂度 |
---|---|---|---|
v.empty() | 判断容器是否为空 | if (v.empty()) { ... } | O(1) |
v.size() | 返回元素个数 | int n = v.size(); | O(1) |
v.capacity() | 返回当前分配的容量 | int cap = v.capacity(); | O(1) |
v.reserve(n) | 预分配容量(避免多次扩容) | v.reserve(100); | O(n) |
v.shrink_to_fit() | 请求释放未使用的内存 | v.shrink_to_fit(); | O(n) |
4. 修改操作
操作 | 功能说明 | 示例代码 | 时间复杂度 |
---|---|---|---|
v.push_back(val) | 在尾部插入元素 | v.push_back(10); | 均摊 O(1) |
v.pop_back() | 删除尾部元素 | v.pop_back(); | O(1) |
v.insert(pos, val) | 在 pos 位置插入元素 | v.insert(v.begin() + 2, 20); | O(n) |
v.erase(pos) | 删除 pos 位置的元素 | v.erase(v.begin() + 1); | O(n) |
v.clear() | 清空所有元素 | v.clear(); | O(n) |
v.resize(n) | 调整容器大小为 n | v.resize(10); // 新元素默认初始化 | O(n) |
v.emplace_back(args) | 在尾部直接构造元素(避免拷贝) | v.emplace_back(10); | 均摊 O(1) |
5. 遍历操作
操作 | 功能说明 | 示例代码 |
---|---|---|
范围for循环(C++11) | 遍历所有元素 | for (int x : v) { cout << x << " "; } |
迭代器遍历 | 使用迭代器遍历 | for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) { ... } |
三、代码示例
1. 基本操作示例
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main() {
// 初始化
vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 尾部插入元素
vec.push_back(6); // vec: {1, 2, 3, 4, 5, 6}
// 访问元素
cout << "Third element: " << vec[2] << endl; // 输出: 3
cout << "Last element: " << vec.back() << endl; // 输出: 6
// 删除尾部元素
vec.pop_back(); // vec: {1, 2, 3, 4, 5}
// 插入元素
vec.insert(vec.begin() + 2, 10); // vec: {1, 2, 10, 3, 4, 5}
// 删除元素
vec.erase(vec.begin() + 3); // vec: {1, 2, 10, 4, 5}
// 遍历输出
for (int x : vec) {
cout << x << " "; // 输出: 1 2 10 4 5
}
return 0;
}
2. 容量管理示例
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> vec;
cout << "Initial capacity: " << vec.capacity() << endl; // 输出: 0
vec.reserve(5); // 预分配容量为5
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
vec.push_back(i);
cout << "Size: " << vec.size()
<< ", Capacity: " << vec.capacity() << endl;
}
// 容量会自动扩展(具体策略依赖实现,如翻倍扩容)
vec.shrink_to_fit(); // 释放多余内存
return 0;
}
3.更多例子
#include <bits/stdc++.h> // 包含标准库的所有头文件
using namespace std; // 使用标准命名空间
int main() { // 主函数开始
vector<int> a; // 初始化一个 size 为 0 的 vector
a.insert(a.begin(), 4, 2); // 在 a 的开始位置插入 4 个值为 2 的元素
// 下面的 4 个 for 是 4 种遍历方法
for (int i = 0; i < a.size(); i++) // 通过下标访问,输出 2 2 2 2
cout << a[i] << " "; cout << "\n"; // 输出每个元素
for (vector<int>::iterator it = a.begin(); it != a.end(); ++it) // 通过迭代器访问
cout << *it << " "; cout << "\n"; // 输出每个元素
for (auto it = a.begin(); it != a.end(); ++it) // 用 auto 获得迭代器
cout << *it << " "; cout << "\n"; // 输出每个元素
for (auto i : a) // 直接访问 vector 中的每个元素
cout << i << " "; cout << "\n"; // 输出每个元素
a.insert(a.begin() + 1, 9); // 在 a[1] 处插入 9, a = {2 9 2 2 2}
a.insert(a.begin() + 2, 2, 5); // 在 a[2] 处插入两个 5, a = {2 9 5 5 2 2 2}
a.resize(3); // 改变 a 的大小为 3, a = {2 9 5}
vector<int> c(a); // 复制 a 到 c
vector<int> b; // 初始化一个空的 vector b
b.insert(b.begin(), a.begin(), a.begin() + 3); // 将 a 的前 3 个数复制到 b
// 下面演示二维 vector
vector<vector<char>> ch(2, vector<char>(3, '#')); // 初始化一个 2 行 3 列的二维 vector,所有元素为 '#'
for (int i = 0; i < 2; i++) { // 遍历行
for (int j = 0; j < 3; j++) // 遍历列
cout << ch[i][j]; // 输出每个元素
cout << "\n";
}
// 下面演示用 vector 存储物体
struct point { int x, y; }; // 定义一个结构体 point,包含两个整型成员 x 和 y
vector<point> PP; // 初始化一个存储 point 结构体的 vector
for (int i = 0; i < 3; i++) { // 循环 3 次
point t; t.x = i; t.y = i; // 创建一个 point 对象 t,并赋值
PP.push_back(t); // 将 t 添加到 PP 中
}
for (int i = 0; i < PP.size(); i++) // 遍历 PP
cout << PP[i].x << " " << PP[i].y << "\n"; // 输出每个 point 的 x 和 y
auto it = PP.begin(); // 获取 PP 的起始迭代器
for (; it != PP.end(); ++it) // 使用迭代器遍历 PP
cout << it->x << " " << it->y << "\n"; // 输出每个 point 的 x 和 y
return 0; // 主函数结束
}
四、总结
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优点:
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快速随机访问(通过下标或迭代器)。
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尾部插入/删除高效。
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内存自动管理,支持动态扩容。
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缺点:
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中间或头部插入/删除效率低(需移动元素)。
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频繁扩容可能影响性能(可通过
reserve
优化)。
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适用场景:
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需要频繁随机访问元素。
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尾部操作较多,中间操作较少。
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