【C++】— 掌握STL vector 类：“Vector简介：动态数组的高效应用”

1.vector的介绍和使用

1.1vector的介绍

vector是一个顺序容器，可以看作是能够动态增长和缩小的数组。与普通的数组不同的是，vector在需要时可以自动调整其大小，以容纳新添加的元素。因此vector在使用上更加的灵活和方便，

1.2 vector的特点

 1.动态性：vector能够根据需要动态的调整其空间的大小，这使得vector在处理不确定数量的数据时非常有用。
 2.随机访问： 与数组类似，vector支持通过下标进行数据的快速访问，这意味着可以在常数时间内访问vector中的任何元素。
 3.尾部操作高效： 在vector尾部添加或者删除数据时非常高效的，因为这些操作在常数时间内就能完成。

1.3vector的使用

1.3.1vector的定义

构造函数说明	接口说明
vector()	无参构造
vector(size_type n,const value_type& val = value_type())	构造并初始化n个value
vector(const vector& x)	拷贝构造
ector(inputlterator first,inputlterator last)	使用迭代器进行初始化构造

代码演示：
1.默认构造函数

std::vector<T> v;

 • 创建一个空的 vector，其元素类型为T。
 • 初始时，v的大小为0容量也是未定义的（通常为0，具体取决于实现）

2.指定大小的构造函数

std::vector<T> v(n);

 • 创建一个大小为n的vector,其元素被默认构造（即调用T（））。
 • 如果T是一个类型，并没有默认构造函数，则会编译报错。

3.指定大小和初始值的构造函数

std::vector<T> v(n,val);

 • 创建一个大小为n的vector,并使用val初始化每个元素。
 • 这对需要初始化所有元素为相同值的场景非常有用。

4.范围构造函数

std::vector<T> v(first,last);

 • 创建一个vector,并使用迭代器范围[first,last)内的元素来初始化它。
 • first和last是输入迭代器，它们指向某种容器（数组、另一个vector等）中的元素。
 • 注意： first和last是左闭右开的，即包含first指向的元素，但不包括last指向的元素。

5.拷贝构造函数

std::vector<T> v2(v1);

 • 创建一个新的vector,它是现有vector   v1的一个副本。
 • 新vector 将包含与v1 相同数量和顺序的元素。

6.移动构造函数（C++11 及以后）

std::vector<T> v2(std::move(v1));

 • 创建一个新的vector,并通过移动v1 的内容来初始化它。
 • 这通常比拷贝构造函数更加高效，因为它可以避免不必要的复制操作。
 • 然而，v1在移动后将处于未定义状态，通常不再包含有效的数据。

7.初始化列表构造函数（C++11 及以后）

std::vector<T> v1 = {val1,val2,val3,...};

或者

std::vector<T> v1{val1,val2,val3,...};

 • 使用初始化列表来创建并初始化一个vector.
 • 这就允许你直接在构造函数中指定要包含在vector中的元素。

1.3.2vector iterator的使用

iterator的使用	接口说明
begin + end	获取第一个数据位置的 iterator / const_iterator;获取最后一个数据下一个位置的 iterator / const_iterator
rbegin + rend	获取最后一个数据的位置的 reverse_iterator;获取第一个为数据前一个位置的 revesr_iterator

1.3.3vector 的空间增长问题

接口名称	接口说明
size	获取数据的个数
capacity	获取容量大小
empty	判断是否为空
resize	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

1.3.4 vector 的增删查改

vector增删查改	接口说明
push_back	尾插
popop_back	尾删
find	查找（这个是算法模块实现，不是vector的接口）
insert	在pos之前插入数据val
erase	删除pos位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
operator[]	像数组一样访问

代码演示：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;int main()
{//创建一个空的vectorvector<int> v;//增加元素v.push_back(10);v.push_back(20);v.insert(v.begin() + 1,15); //在第二个位置插入15// 打印 vector 中的元素cout << "Vector after insertions: ";for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {std::cout << v[i] << " ";}cout << endl;// 查找元素auto it = find(v.begin(), v.end(), 20);if (it != v.end()) {cout << "Found 20 at position: " << distance(v.begin(), it) << endl;}else {cout << "20 not found in the vector." << endl;}// 修改元素v[1] = 18; // 将第二个元素修改为 18// 打印修改后的 vector 中的元素cout << "Vector after modification: ";for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {cout << v[i] << " ";}cout << endl;// 删除元素（删）v.erase(find(v.begin(), v.end(), 10)); // 删除第一个值为 10 的元素v.pop_back(); // 删除末尾的元素// 打印删除后的 vector 中的元素cout << "Vector after deletions: ";for (int i = 0; i < v.size(); ++i) {cout << v[i] << " ";}cout << endl;return 0;
}

运行这段代码将输出：

1.3.5vector 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系底层数据结构，其底层实际就是一个类似于指针的东西，或者对指针进行了封装。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可能导致其迭代器失效的操作有：

1.插入操作导致内存重新分配：

  •当向vector中添加元素，且当前容量不足以容纳新的元素时，vector可能会重新分配其内存空间（即分配更大的内存块，并将现有元素复制到新的位置）。这种情况下，所有指向原vector元素的迭代器、指针和引用都会失效。

 •插入操作包括push_back、emplace_back、insert等。

2.删除操作：

  •删除元素（使用erase方法）会使指向被删除元素及其之后的元素的迭代器失效。这是因为删除操作会移动后续元素来填补被删除元素的位置。

3.改变vector的大小：

  •使用resize方法改变vector的大小，如果新大小大于当前大小，并导致内存重新分配，那么所有迭代器都会失效。

4.清空vector:

  • 使用clear方法清空vector会使所有的迭代器失效，因为所有元素都被移除了。

如何避免迭代器失效

  • 预留空间： 如果知道将要插入的元素的数量，可以使用reserve方法预先分配足够的空间。这可以减少内存重新分配的可能性，从而避免迭代器失效。

  • 使用返回值： 一些vector成员函数（如insert和erase）会返回指向新元素位置或者下一个有效元素的迭代器。使用这些返回值可以避免因操作导致的迭代器失效问题。

  • 重新获取迭代器： 在可能导致迭代器失效的操作后，重新获取迭代器。

示例代码：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v = {1,2,3,4,5};//获取初始迭代器auto it = v.begin();//插入元素，可能导致迭代器失效v.insert(v.begin(), 0);//使用重新获取的迭代器it = v.begin();//重新获取迭代器cout << "插入后的第一个元素：" << *it << endl;//删除元素，可能导致迭代器失效v.erase(it);//使用erase的返回值it = v.erase(v.begin()); //删除第一个元素，并获取新的迭代器cout << "删除后的第一个元素：" << *it << endl;return 0;
}

总之，使用 vector 时需要特别注意迭代器的有效性，尤其是在进行插入和删除操作时。通过预留空间、使用函数返回值和适时重新获取迭代器，可以有效地管理迭代器的生命周期，避免潜在的失效问题。