【C++STL】“vector“用法 入门必备 超详细

news2024/9/25 19:23:56

vector用法

  • 什么是vector？
  • vector的使用
    • vector的定义(构造函数)
    • vector iterator 的使用
      • 迭代器演示
      • 范围for
    • vector 空间增长
      • 扩容机制
    • vector 的增删查改
    • assign
    • vector 迭代器失效问题。
  • 🍀小结🍀

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什么是vector？

  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，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。

使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习

vector的使用

vector学习时要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以。

vector的定义(构造函数)

在这里插入图片描述

(constructor)构造函数声明接口说明
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

eg：


int main()
{
	//无参构造
	vector<int> v1;
	cout << "v1:";
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//构造并初始化n个val
	vector<int> v2(10, 1);
	cout << "v2:";
	for (auto e : v2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//拷贝构造
	vector<int> v3(v2);
	cout << "v3:";
	for (auto e : v3)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//使用迭代器进行初始化构造
	vector<int> v4(v2.begin(), v2.end());
	cout << "v4:";
	for (auto e : v4)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

运行结果>
在这里插入图片描述

vector iterator 的使用

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

在这里插入图片描述

迭代器演示

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果>
在这里插入图片描述

范围for

实际中我们很少使用迭代器，反而会经常使用范围for对数据进行操作>

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果>
在这里插入图片描述

vector 空间增长

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
int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	//size()
	cout << "v.size():" << v.size() << endl;
	//capacity()
	cout << "v.capacity():" << v.capacity() << endl;
	//empty()
	cout << "v.empty():" << v.empty() << endl;
	//resize()
	v.resize(5);
	cout << "改变后v.size():" << v.size() << endl;
	//reserve()
	v.reserve(100);
	cout << "改变后v.capacity():" << v.capacity() << endl;
	return 0;
}

运行结果>:
在这里插入图片描述

  • 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（如果指定了val，则新元素将被初始化为val，否则，它们将被值初始化。），影响size。

扩容机制

//测试扩容机制代码
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';
		}
	}
}

vs2019下运行:
在这里插入图片描述
g++编译器下运行：

在这里插入图片描述
总结：
capacity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。

// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够
// 就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
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';
		}
	}
}

在这里插入图片描述

vector 的增删查改

vector增删查改接口说明
push_back尾插
pop_back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[ ]像数组一样访问

eg：

#include<algorithm>
int main()
{
	vector<int> v(5,1);
	cout << "初始化：" << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	cout << "依次尾插2，3，4:" << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	v.pop_back();
	cout << "尾删" << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	auto pos=find(v.begin(),v.end(), 3);
	cout << "在3前面插入100:"<<endl;
	v.insert(pos, 100);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	
	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	cout << "删除3:"<<endl;
	v.erase(pos);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << "交换前:" << endl;
	vector<int> v1(10, 1);
	cout << "v:";
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "v1:";
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	swap(v, v1);

	cout << "交换后:" << endl;
	cout << "v:";
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "v1:";
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述

assign

assign是C++ STL中vector容器的一个成员函数，用于为vector分配新的元素并替换现有元素。它可以接受多种类型的参数，例如另一个vector、数组、迭代器等。
下面是一个简单的示例：

#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v1(5); // 创建一个包含5个元素的vector
  std::vector<int> v2(3, 7); // 创建一个包含3个值为7的元素的vector

  v1.assign(v2.begin(), v2.end()); // 使用v2中的元素替换v1中的元素

  std::cout << "v1 contains:";
  for (int i : v1) {
    std::cout << ' ' << i;
  }
  std::cout << '\n';

  return 0;
}

输出结果：

v1 contains: 7 7 7

在上面的示例中，assign函数将v2中的元素替换了v1中的元素。由于v2包含3个值为7的元素，因此v1中原来的5个元素都被替换成了7。

vector 迭代器失效问题。

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)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

  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。
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);

   /*
   出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说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。
   
   解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新
  赋值即可。
   */
   while (it != v.end())
   {
   	cout << *it << " ";
   	++it;
   }
   cout << endl;
   return 0;
}
  1. 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
	auto 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。

  1. Linux下，g++编译器对迭代器失效的检测并不是非常严格，处理也没有vs下极端。
//1. 扩容之后，迭代器已经失效了，程序虽然可以运行，但是运行结果已经不对了
int main()
{
	vector<int> v{ 1,2,3,4,5 };
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;
	auto it = v.begin();
	cout << "扩容之前，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;
	// 通过reserve将底层空间设置为100，目的是为了让vector的迭代器失效
	v.reserve(100);
	cout << "扩容之后，vector的容量为: " << v.capacity() << endl;

	// 经过上述reserve之后，it迭代器肯定会失效，在vs下程序就直接崩溃了，但是linux下不会
	// 虽然可能运行，但是输出的结果是不对的
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

// 2. erase删除任意位置代码后，linux下迭代器并没有失效
// 因为空间还是原来的空间，后序元素往前搬移了，it的位置还是有效的
int main()
{
    vector<int> v{1,2,3,4,5};
    auto it = find(v.begin(), v.end(), 3);
    v.erase(it);
    cout << *it << endl;
    while(it != v.end())
    {
        cout << *it << " ";
        ++it;
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

在这里插入图片描述

// 3: erase删除的迭代器如果是最后一个元素，删除之后it已经超过end
// 此时迭代器是无效的，++it导致程序崩溃
int main()
{
	vector<int> v{1,2,3,4,5,6};
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}
	for (auto e : v)
		cout << e << " ";
	cout << endl;
	return 0;
}

运行结果：
在这里插入图片描述
可以看到此时的程序已经崩溃。

从上述三个例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代码并不一定会崩溃，但是运行结果肯定不对，如果it不在begin和end范围内，肯定会崩溃的。

  1. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效
void TestString()
{
	string s("hello");
	auto it = s.begin();
	// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
	// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
	// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
	//s.resize(20, '!');
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;
	it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		it = s.erase(it);
		// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
		// it位置的迭代器就失效了
		// s.erase(it);
		++it;
	}
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

🍀小结🍀

今天我们认识了STL中”vector“的用法相信大家看完有一定的收获。
种一棵树的最好时间是十年前，其次是现在！ 把握好当下，合理利用时间努力奋斗，相信大家一定会实现自己的目标！加油！创作不易，辛苦各位小伙伴们动动小手，三连一波💕💕~~~，本文中也有不足之处，欢迎各位随时私信点评指正！
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