C++——vector的了解与使用

目录

引言

vector容器的基本概念

1.功能

2.动态大小

3.动态扩展

vector的接口

1.vector的迭代器

2.vector的初始化与销毁

3.vector的容量操作

3.1 有效长度和容量大小

(1)使用示例

(2)扩容机制

3.2 有效长度和容量操作

(1)reserve

(2)resize

4.vector的访问操作

5.vector的修改操作

迭代器失效

结束语

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引言

在我的博客 C++——string的了解和使用 中，我们学习了标准模板库（STL）中的string的一些基础内容，今天我们来学习 vector 。

vector容器的基本概念

在C++中，vector 是一个非常重要的容器，它属于标准模板库的一部分。vector 提供了一种动态数组的实现，可以在运行时动态地增加或减少其大小，同时保持元素的连续存储。

1.功能

vector是可变大小的序列容器，采用连续存储空间存储元素，可通过下标高效访问。

2.动态大小

与静态数组不同，vector 的大小可以在运行时动态地改变。此外，静态数组内数据通常存储在栈上，而vector中数据存储在堆上。

3.动态扩展

动态扩展的核心在于，当现有内存空间不足以满足需求时，不是简单地在原空间后续接新空间（这在连续内存分配中通常是不现实的，因为后续空间可能已被其他程序或数据占用），而是采取以下步骤：

(1)分配新空间：找到一个足够大的、连续的新内存空间。这个新空间的大小要能够容纳原数据和新数据。

(2)数据拷贝：将原内存空间中的数据复制到新分配的内存空间中。这个过程中需要确保数据的完整性和正确性。

(3)释放原空间：在数据成功拷贝到新空间后，释放原来的内存空间。这一步是为了避免内存泄漏。

(4)更新指针：将指向原内存空间的指针更新为指向新内存空间的指针。这样，程序就可以继续在新空间中操作数据。

此外，使用vector时必须包含头文件 #include<vector> 。

vector的接口

我们使用如下文档来辅助我们学习vector：

vector的接口详细介绍

1.vector的迭代器

与string一样，vector中也有迭代器。由于vector定义在vector类中，因此我们想要使用vector的迭代器需要通过域作用限定符访问——vector<类型>::iterator 。

其中，begin()，end()，rbeign()，rend()的使用访问方法与string中的类似，

我们来看看代码演示：

int main()
{vector<int> vec = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };vector<int>::iterator it = vec.begin();cout << "顺序遍历：";while (it != vec.end()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;cout << "逆序遍历：";vector<int>::reverse_iterator rit = vec.rbegin();while (rit != vec.rend()){cout << *rit << " ";++rit;}return 0;
}

输出结果如下：

同样的，vector也支持const_iterator：

int main()
{vector<int> vec = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (vector<int>::const_iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2.vector的初始化与销毁

vector 类的赋值运算符 operator= 被重载以支持将一个 vector 的内容复制到另一个 vector 中。

vector 支持多种构造函数，拷贝构造以及赋值运算符重载。

下面是一些简单的使用：

void printVector(vector<int>& vec)
{	for (vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it){cout << *it << " ";}cout << endl;
}int main()
{vector<int> vec1;							for (int i = 0; i < 5; ++i){vec1.push_back(i);}vector<int> vec2(vec1.begin(), vec1.end());	vector<int> vec3(5, 5);						vector<int> vec4(vec3);						cout << "打印vec2: ";printVector(vec2);cout << "打印vec3: ";printVector(vec3);cout << "打印vec4: ";printVector(vec4);return 0;
}

输出结果为：

int main()
{vector<int> vec1, vec2;for (int i = 0; i < 5; i++){vec1.push_back(i);}vec2 = vec1;printVector(vec2);return 0;
}

输出结果为：

3.vector的容量操作

如下表格是关于vector的一些基础的容量操作：

函数名称	功能
size	返回vector的有效长度
capacity	返回vector的容量大小
clear	清空vector
empty	检查vector是否为空，是则返回ture，否则返回false
reserve	请求改变vector的容量
resize	重新设置有效元素的数量，超过原来有效长度则用c字符填充

3.1 有效长度和容量大小

(1)使用示例

与 string类 类似，我们可以使用 size()返回容器的有效长度；capacity()返回容器的容量大小。

下面是简单的测试用例：

int main()
{vector<int> vec = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };cout << vec.size() << endl;cout << vec.capacity() << endl;if (vec.empty()){cout << "vec为空" << endl;}else{cout << "vec不为空" << endl;}vec.clear();if (vec.empty()){cout << "vec为空" << endl;}else{cout << "vec不为空" << endl;}return 0;
}

输出结果为：

通常来说，vector的有效长度和容量大小相同

(2)扩容机制

接下来我们来看看vector的扩容机制：

int main()
{size_t sz;vector<int> vec;sz = vec.capacity();cout << "making vec grow:" << endl;for (int i = 0; i < 100; ++i){vec.push_back(i);if (sz != vec.capacity()){sz = vec.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << endl;}}
}

输出结果为：

在vs2022中，vector是以1.5倍进行扩容处理的，

我们现在把这段代码放到g++中运行看看：

我们可以看到，在此环境中，vector是以二倍进行扩容的。

3.2 有效长度和容量操作

接下来我们来学习vector中的reserve和resize（这俩函数的使用与string中的差不多）。

(1)reserve

reserve 函数用于请求改变容器的容量，即分配足够的内存空间以容纳至少指定数量的元素

简单使用一下：

int main()
{vector<int> vec;vec.reserve(10);cout << vec.capacity() << endl;return 0;
}

输出结果为：

(2)resize

resize的使用有如下两种：

resize(int num);

如果 num 小于当前容器的大小，那么容器末尾的多余元素将被删除。如果 num 大于当前容器的大小，则容器将被扩展，新添加的元素将被初始化为该类型的默认值（对于内置类型如 int，默认值为 0）。

resize(int num, int elem);

这个方法同样用于将 std::vector 的大小调整为 num，但在容器需要扩展时，新添加的元素将被初始化为 elem 而不是默认值。如果 num 小于当前容器的大小，多余元素的处理方式与第一个 resize 方法相同，即被删除。

简单的使用一下：

int main()
{vector<int> vec = { 1,2,3,4,5 };vec.resize(3);for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;vec.resize(4);for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;vec.resize(5, 9);for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

输出结果为：

4.vector的访问操作

vector的访问操作有如下几个：

函数名称	功能
operator[]	返回指定位置的元素，越界则报错
at	返回指定位置的元素，越界则抛异常
front	返回字符串第一个元素
back	返回字符串最后一个元素

这些函数的用法也与string中的函数用法差不多，就不多介绍了，来看看代码：

int main()
{vector<int> vec = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec.at(i) << " ";}cout << endl;cout << "front：" << vec.front() << endl;cout << "back：" << vec.back() << endl;return 0;
}

输出结果为：

5.vector的修改操作

vector的修改操作有如下几个：

函数名称	功能
push_back	在数组后追加元素
pop_back	删除数组最后一个元素
insert	在指定位置追加元素
assign	使用指定数组替换原数组
erase	删除数组指定部分区间
swap	交换两个数组

先来看看push_back()，pop_back()，assign()，swap() ：

int main()
{vector<int> vec1 = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };cout << "back:" << vec1.back() << endl;// 元素尾插vec1.push_back(10);// 元素尾删cout << "back:" << vec1.back() << endl;vec1.pop_back();cout << "back:" << vec1.back() << endl;vector<int> vec2 = { 9,9,9,9,9 };vec2.assign(3, 3);for (int i = 0; i < vec2.size(); i++){cout << vec2[i] << " ";}cout << endl;vec2.swap(vec1);for (int i = 0; i < vec1.size(); i++){cout << vec1[i] << " ";}cout << endl;for (int i = 0; i < vec2.size(); i++){cout << vec2[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

输出结果如下：

我们再来看看insert和erase：

insert函数：

来看代码：

int main()
{vector<int> vec1(5, 10);vector<int>::iterator it = vec1.begin();it = vec1.insert(it, 100);cout << "vec1:";for (it = vec1.begin(); it < vec1.end(); it++){cout << *it << " ";}cout << endl;vec1.insert(it, 2, 1000);it = vec1.begin();cout << "vec1:";for (it = vec1.begin(); it < vec1.end(); it++){cout << *it << " ";}cout << endl;vector<int> vec2(2, 10000);it = vec1.begin();vec1.insert(it + 2, vec2.begin(), vec2.end());cout << "vec1:";for (it = vec1.begin(); it < vec1.end(); it++){cout << *it << " ";}cout << endl;return 0;
}

输出结果为：

erase函数：

简单的代码演示如下：

int main()
{vector<int> vec = { 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9 };vector<int>::iterator it = vec.erase(vec.begin() + 3);	// 删除值为3的元素it = vec.erase(it);	// 删除值为4的元素for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;it = vec.erase(vec.begin(), vec.begin() + 5);for (int i = 0; i < vec.size(); i++){cout << vec[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

输出结果为：

迭代器失效

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)。

以下可能会导致迭代器失效：

1.会引起其底层空间改变的操作，都有可能使迭代器失效

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;
}

2.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iteratorvector<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;
}

3.与vector一样，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

int main()
{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;}return 0;
}

结束语

写完啦~\(≧▽≦)/~

接下来会愈加忙碌，希望自己还能挤出时间写博客=_=

感谢各位大佬的支持！！！

求点赞收藏评论关注！！！