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C++ 标准库 std::vector 的介绍

news 2025/6/3 20:05:49

std::vector 是 C++ 标准库中的一个动态数组容器，它提供了多种成员函数来管理其内部存储的元素。以下是一些常用的 std::vector 成员函数的介绍：

构造函数和析构函数

vector(): 默认构造函数。
vector(size_type n): 构造一个包含 n 个元素的向量，每个元素都进行值初始化。
vector(size_type n, const value_type& val): 构造一个包含 n 个元素的向量，每个元素都被初始化为 val。
vector(const vector& other): 复制构造函数。
vector(vector&& other): 移动构造函数。
~vector(): 析构函数。

容量相关函数

size(): 返回向量中元素的数量。
capacity(): 返回当前分配的存储空间能够容纳的元素数量。
empty(): 检查向量是否为空。
reserve(size_type n): 为向量分配至少能够容纳 n 个元素的空间。
shrink_to_fit(): 释放不需要的内存以匹配当前大小。

元素访问

operator[]: 返回指定位置元素的引用。
at(size_type n): 返回指定位置元素的引用，并提供边界检查。
front(): 返回第一个元素的引用。
back(): 返回最后一个元素的引用。

修改器

assign(size_type n, const value_type& val): 将向量中的所有元素替换为 n 个 val。
push_back(const value_type& val): 在向量的末尾添加一个元素。
pop_back(): 删除向量末尾的元素。
insert(const_iterator pos, const value_type& val): 在指定位置插入一个元素。
erase(const_iterator pos): 删除指定位置的元素。
erase(const_iterator first, const_iterator last): 删除指定范围内的元素。
clear(): 清空向量的所有元素。
swap(vector& other): 交换两个向量的数据。

迭代器

begin(): 返回指向向量第一个元素的迭代器。
end(): 返回指向向量最后一个元素之后位置的迭代器。
rbegin(): 返回指向向量最后一个元素的逆向迭代器。
rend(): 返回指向向量第一个元素之前位置的逆向迭代器。

非成员函数

std::swap(vector& a, vector& b): 交换两个向量的数据（非成员函数）。
operator==, operator!=, operator<, operator<=, operator>, operator>=: 比较两个向量的内容。

这些函数提供了对 std::vector 的基本操作，使得 std::vector 成为 C++ 中非常灵活和强大的容器之一。使用这些函数时，应该注意它们可能带来的性能影响，尤其是在涉及大量元素的操作时。

尤其成员函数 `swap`

在 C++ 中，std::vector 提供了一个成员函数 swap，它可以用来交换两个 std::vector 容器的内容。这个函数是非常高效的，因为它在大多数情况下不需要实际复制元素，而是交换两个向量的内部数据结构，从而在常数时间内完成操作。

以下是 std::vector 的 swap 函数的原型：

void swap(vector& other);

这里是如何使用 swap 函数的一个例子：

#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5};std::vector<int> vec2 = {10, 20, 30, 40, 50};// 交换 vec1 和 vec2 的内容vec1.swap(vec2);// 输出交换后的向量内容std::cout << "vec1: ";for (int num : vec1) {std::cout << num << ' ';}std::cout << "\nvec2: ";for (int num : vec2) {std::cout << num << ' ';}return 0;
}

在上面的例子中，vec1 和 vec2 的内容在调用 swap 后被交换。输出将会是：

vec1: 10 20 30 40 50
vec2: 1 2 3 4 5

swap 函数的几个应用场景包括：

快速“清除”向量：通过将向量与一个空的临时向量交换，可以快速“清除”向量的内容，而不需要逐个删除元素。
```
std::vector<int>().swap(vec);
```
这行代码将 vec 的内容交换到一个临时的空向量中，从而清空 vec。
减少不必要的内存分配：如果你知道一个 std::vector 将要存储更多的元素，并且你想要避免因为元素增加而导致的多次内存分配，可以先创建一个足够大的临时向量，然后与原向量交换。
```
std::vector<int> largeVec(size);
vec.swap(largeVec);
```

在函数中返回大量数据：为了避免大量数据的复制，可以使用 swap 来返回一个局部向量。

std::vector<int> getLargeData() {std::vector<int> localVec = /* ... 初始化 ... */;// ...return localVec; // 使用移动语义来避免复制
}
// 调用函数时
std::vector<int> data = getLargeData();

在 C++11 及以后的版本中，返回局部对象时，编译器会自动应用移动语义，从而避免复制。在这种情况下，即使不显式使用 swap，也能获得高效的性能。