【STL模版库】vector的介绍及使用 {构造函数，迭代器，容量相关接口，增删查改；动态二维数组}

news2024/11/22 14:57:25

一、vector的介绍

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vector是表示可变大小数组的序列容器。
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。
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，因此存储空间比实际需要的空间更大。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。
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。

二、vector的使用

vector和string的底层都是顺序表，且由于STL库函数的设计互通，因此使用也类似。

所以相关函数的使用细节可以参考文章：【STL模版库】string类：常用接口函数

下面的内容只做简介，不再做详细介绍。

2.1 构造函数

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2.2 迭代器

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2.3 容量相关接口

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reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
相同的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，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。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。

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2.4 增删查改

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下面重点介绍的find、sort和swap函数都是由算法模块实现的函数模版，并不是vector的成员接口。
在使用前需要包含头文件<algorithm>，并展开std命名空间。

2.4.1 find

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此函数模版的行为等效于：

template<class InputIterator, class T>
  InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val)
{
  while (first!=last) {
    if (*first==val) return first;
    ++first;
  }
  return last;
}

find仅仅是一个函数模版，会根据传入参数的不同类型实例化出适应各种类型的find函数。
这里使用迭代器遍历容器，是因为迭代器是所有容器的通用遍历访问方法。
使用引用传参避免发生拷贝构造，更高效。
如果找到了，返回对应元素的迭代器；如果找不到，返回last；

其他查找函数

find_if：

功能：返回范围中第一个满足指定条件的元素的迭代器

参数：共有3个，前两个参数是待查找的迭代器区间；最后一个参数是一个返回值为bool类型的一元函数指针，该函数用于条件判断。

同类函数：find_if_not，与find_if逻辑相反，参数和使用方法相同。

find_first_of：

功能：在母序列中从前往后查找子序列，返回母序列中第一次出现子序列的首元素的迭代器

参数：共有5个，前两个参数是母序列迭代器区间；中间两个是子序列迭代器区间；最后一个参数是一个返回值为bool类型的二元函数指针，该函数用于条件判断。

同类函数：find_end，与find_first_of查找方向相反是从后往前查找，参数和使用方法相同。

2.4.2 sort

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C++STL库中的sort接口底层采用快速排序实现。

#include <iostream>
#include <algorithm> //sort
#include <functional> //greater
using namespace std;

int main(){
	string s("hello412535");
    sort(s.begin(), s.end()); //第三个参数缺省默认排升序；
    //sort(s.begin(), s.end(), less<char>()); //也可以显示的传less也是排升序；
    for(auto e : v1)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    
	sort(s.begin(), s.end(), greater<char>()); //传greater是排降序;
    for(auto e : v1)
    {
        cout << e << " ";
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

前两个参数同样是待排序的迭代器区间范围

第三个参数缺省默认升序，传less是升序排序，传greater是降序排序。

注意：

这里的greater和less是类模版。
传入的less<char>()和greater<char>()是实例化出的模版类定义的匿名对象。
要使用greater类模版需要包<functional>头文件

2.4.3 swap

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此函数模版的行为等效于：

template <class T> void swap ( T& a, T& b )
{
  T c(a); a=b; b=c;
}

由此可见，算法模块中实现的swap函数模版，采用的是创建临时变量，赋值交换的方法。仅仅适用于内置类型，而对于自定义类型会进行1次拷贝构造和2次赋值拷贝。尤其针对需要进行深拷贝的对象，这种交换方式的效率极低。
因此，对于需要进行交换操作的自定义类型一般会自己实现成员交换函数，只对成员变量进行浅交换即可。

三、动态二维数组

vector不仅可以存储内置类型，还可以用于存储自定义类型如：vector<string>和vector<vector<int>>

3.1 vector<string>

vector<char> 能否替代 string？

回答：不能

string字符串由’\0’结尾，而vector<char>不会。
string类重载了流插入<<和流提取>>运算符，能更加方便的进行输入输出。
string类中还提供了操作字符串的专用接口，如operator+=、字符串比较大小、to_string等等。
因此vector<char> 不能替代 string。

int main(){
    vector<string> strv;
    string str1("张三");
    strv.push_back(str1);
    strv.push_back(string("李四")); //[1]
    strv.push_back("王五"); //[2]
    for(const auto &name : strv) //[3]
    {
        cout << name << endl;
    }
}

解释：

[1] 定义匿名对象，匿名对象的生命周期只在当前行。
[2] 由于string类中定义了一个单参构造函数string (const char* s);，所以常量字符串"王五"可以进行隐式类型转换，构造临时string对象。
[2] 类型转换形成的临时对象具有常性，而void push_back (const value_type& val);的参数类型是常引用，因此这种写法可行。
[3] 范围for中的临时变量的类型建议写成引用，这是因为如果是普通变量会进行频繁地拷贝构造（尤其针对自定义类型），效率极低。如果循环中不做修改建议加const进行保护。

3.2 vector<vector<int>>

以题目【Leetcode.118】杨辉三角为例：

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题解：

class Solution {
public:
    vector<vector<int>> generate(int numRows) {
        vector<vector<int>> vv; //使用vector定义二维数组vv，vv中的每个元素都是vector<int>
        vv.resize(numRows); //[1]
        for(size_t i = 0; i<vv.size(); ++i)
        {
            vv[i].resize(i+1); //[2]
            vv[i].front() = 1;
            vv[i].back() = 1;
        }
        for(size_t i = 2; i<vv.size(); ++i)
        {
            for(size_t j = 1; j<vv[i].size()-1; ++j)
            {
                vv[i][j] = vv[i-1][j] + vv[i-1][j-1]; //[3]
            }
        }
        return vv;
    }
};