vector的介绍与代码演示

news2025/4/5 17:01:06

由于以后我们写OJ题时会经常使用到vector，所以我们必不可缺的是熟悉它的各个接口。来为我们未来作铺垫。

首先，我们了解一下：

https://cplusplus.com/reference/vector/

vector的概念： 

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(因为它在内存中是连续的)，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和forward_list统一的迭代器和引用更好

vector的使用：

包含头文件#include<vector> 

构造函数声明

 1.定义（构造函数声明）

构造函数声明接口
vector()（重点）无参构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）构造并初始化n个val
vector (const vector& x); （重点）拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);使用迭代器进行初始化构造

allocator简单理解

简单了解上面出现的allocator概念：
ps：allocator在C++ 中， alloc 通常和 内存分配有关。
  std::allocator 是C++标准库中的一个 类模板，它用于将 内存分配和对象构造分离开来。例如，当你要创建一个包含自定义类型（如 class MyClass ）的容器（像 std::vector ）时， std::allocator 就会发挥作用。它可以 高效地获取内存块，并且能够在合适的时候释放这些内存。这有助于优化内存使用，特别是在频繁分配和释放内存的场景下。
 
此外，有些非标准的库或者自定义的代码中也可能会有名为 alloc 的函数或者类，用于实现自定义的内存分配策略，比如实现一个简单的 内存池 来避免频繁的系统内存分配调用所带来的开销。

池化技术简单认识 

 什么是池化技术（包括：内存池，线程池，连接池）呢：这里简单了解了解

现在，以一个具体等等例子来讲解：

1.现有一座庙，庙的地点在山顶，住在庙里的和尚。由于山上没有水，只有山下有一湖水。每天起来刷牙，煮饭，和尚每天需要下山来一点一点的取水，这就显得非常麻烦的了而且耽误时间。而有一天，和尚在庙里弄了一个水池，来储存水。这时候，和尚就不需要每天上下山来用水了，减少了上下山所消耗的时间。

2.而C++中的池化技术也是类似的道理：

 优势：减少内存碎片，提高内存分配效率，尤其是在频繁进行小内存分配的场景，如网络编程中服务器频繁创建和销毁小数据包。

 构造函数初始化：

int TestVector1()
{
    // constructors used in the same order as described above:
    1.
    vector<int> first;                                // empty vector of ints
    2.
    vector<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100
    3.
    vector<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through second
    4.
    vector<int> fourth(third);                       // a copy of third

    // 下面涉及迭代器初始化的部分，迭代器
    // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
    4.用数组的值进行初始化
    int myints[] = { 16,2,77,29 };
    vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    cout << "The contents of fifth are:";
    for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
        cout << ' ' << *it;
    cout << '\n';

    return 0;
}

 

vector迭代器的使用

正向迭代器与反向迭代器：

iterator的使用接口说明
begin + end（重点）获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin + rend获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator    （与上面的begin和end相反）

void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

ps：范围for同样适用：用法跟之前的string时也是一样的。

int main()
{
    vector<int> v={1,2,3,4,5,6};
    for(auto e:v)
    {
        cout<<e<<" ";
    }
    return 0;
}

vector的增删查改

vector增删查改接口说明
push_back（重点）尾插
pop_back （重点）尾删
find查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert在position之前插入val
erase删除position位置的数据
swap交换两个vector的数据空间
operator[] （重点）像数组一样访问

// 尾插和尾删：push_back/pop_back
void TestVector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

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

	v.pop_back();
	v.pop_back();

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}
// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector5()
{
	// 使用列表方式初始化，C++11新语法
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };

	// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入
	// 1. 先使用find查找3所在位置
	// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局find
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		// 2. 在pos位置之前插入30
		v.insert(pos, 30);
	}

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);

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

区分：operator[]与at()

operator[]:返回对向量容器中位置n处的元素的引用。

但是，vector：：at()是边界检查的，并在请求的位置超出范围后通过异常抛出（out_of_range）的信号。operator[]在vs2022中是通过断言的

operator[]遍历vector对象：


operator[]改变vector对象：

 vector的容量空间：

容量空间接口说明
size获取数据个数
capacity获取容量大小
empty判断是否为空
resize（重点）改变vector的size
reserve （重点）改变vector的capacity
// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector3()
{
	vector<int> v;

	// set some initial content:
	for (int i = 1; i < 10; i++)
		v.push_back(i);

	v.resize(5);
	v.resize(8, 100);
	v.resize(12);

	cout << "v contains:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		cout << ' ' << v[i];
	cout << '\n';
}


void TestVectorExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i) 
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity()) 
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

不同平台下capacity的增长方式会不同

vs：

linux：

从上面我们可以得出：

vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。因此，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。

// 往vecotr中插入元素时，如果大概已经知道要存放多少个元素
// 可以通过reserve方法提前将容量设置好，避免边插入边扩容效率低
void TestVectorExpandOP()
{
	vector<int> v;
	size_t sz = v.capacity();
	v.reserve(100);   // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
	cout << "making bar grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i) 
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}

易错：reserve误区：

使用reserve（）开辟好看到的空间后直接使用operator[]来给vector赋值，这是错误的！！！

在  C++  中， std::vector  的  reserve()  函数和  operator[]  的使用存在一些规则和限制，直接在  reserve()  开辟空间后就使用  operator[]  赋值是错误的，

主要原因如下：
 
 reserve()  函数的作用是确保  vector  至少有足够的容量来容纳指定数量的元素，但它不会改变  vector  的  size （元素个数）。 size  表示  vector  中实际已有的元素数量，而  capacity  表示在不重新分配内存的情况下  vector  可以存储的最大元素数量。
 
 operator[]  用于访问  vector  中已存在的元素，它不会自动添加新元素。当你在  reserve()  之后直接使用  operator[]  时，由于  size  没有改变， vector  中实际上还没有那么多元素，此时使用  operator[]  访问超出  size  的位置会导致未定义行为（因为该位置可能是无效的内存区域）。

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

int main() {
    vector<int> v;
    v.reserve(5);  // 预留 5 个元素的空间，但 size 还是 0
    v[0] = 10;     // 错误，因为 v 的 size 是 0，不存在索引为 0 的元素，这是未定义行为
    return 0;
}

如果确实想通过来赋值，可以先使用 resize()  函数来调整 vector  的 size ， resize()  函数不仅会改变 vector  的 size ，如果新的 size  大于原来的 size ，还会在末尾添加默认值初始化的元素，这样就可以安全地使用 operator[]  进行赋值了。

或者说使用push_back,每次插入一个

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

int main() {
    vector<int> v;
    v.reserve(5);  // 预留 5 个元素的空间
    v.resize(5);   // 调整 size 为 5，元素初始化为 0
    v[0] = 10;     // 现在可以安全地使用 operator[] 赋值
    for (int i : v) {
        cout << i << " ";
    }
    return 0;
}

综上：不能在 reserve()  开辟空间后直接使用 operator[]  赋值，因为 reserve()  没有改变 size ， operator[]  访问超出 size  的位置会导致未定义行为。

sort排序

1.sort（）函数是STL中算法部分的一个接口。这个函数是在OJ题中是频繁使用到的。

2.调用sort时需要另外包含头文件#include<algorithm>

3.简单了解：

小于：

大于： 

4.sort默认情况下是升序，若想要降序，则需要用greater辅助。

5.从上面我们可以看到，参数是一个类模板，所以sort可以是int，string，数组等等都可以排序的。

find（）函数 

**重点**：

迭代器失效问题（分析）

概念：

迭代器失效是指在使用迭代器遍历容器（如 vector 、 list 等）的过程中，由于容器的结构发生改变，导致原来的迭代器不再有效。

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

造成迭代器失效的原因：

引起其底层空间改变的操作

1.会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。

我们知道预留空间时，一旦发生扩容，那么它实质上就是开一个新的空间，然后赋值过去，给原来的，这时候就会产生指向的空间被销毁的问题。

对应上面的函数，我们不妨去看看string的模拟实现那里看看它对应是如何实现函数的内容的，一旦有开一个新空间，如何在赋值拷贝给它，指向的空间发生变化，因此，就出现了迭代器失效的问题了。

string的模拟实现_string& s0 = strs[0];-CSDN博客


int main()
{
vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
auto it = v.begin();
// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
// v.resize(100, 8);
// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
// v.reserve(100);
// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
// v.insert(v.begin(), 0);
// v.push_back(8);
// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
v.assign(100, 8);

从上面我们可以看到，一旦发生扩容，vector底层原理旧空间被释放掉，而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃，这就是迭代器失效！！

指定位置元素的删除操作--erase
 

int main()
{
int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
// 使用find查找3所在位置的iterator
vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
v.erase(pos);
cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
return 0;
}

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，

但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了（这里挺好理解的，就不画图了）。

 删除所有的偶数：

我们发现，它出现了迭代器失效的问题：其理由就是上面所说迭代情况。

那么我们该怎么改正它呢？

 *******在使用前，对迭代器重新赋值即可******

区别差异：不同平台下，处理迭代器失效的问题的方式会不同：

vs平台下，它会出现直接强制检查，因此只要有迭代器失效，统统报错。

Linux的centos的g++编译器下：它有时尽管出现了迭代器失效的问题，但是仍然可以跑的。只是输出的结果不对而已！

  删除所有的偶数：（Linux中）也是错误。

关于vector的基础知识分享就到处结束了。

最后，到了我们本次鸡汤环节：

下面文字与大家共勉！

 

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