【C++】vector(上)：vector的常用接口介绍

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前言

一、vector的介绍（包含vector类中typedef的部分类型别名介绍）
二、vector类的常用接口说明（vector类对象的 常见构造（重点）、容量操作、遍历操作 和 修改操作等接口，以及一些vector类非成员函数的接口）

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一、vector的介绍

C++标准模板库中的容器vector是一个动态数组，能够自动管理内存，支持快速随机访问。 它的接口包括构造函数、大小和容量相关的操作、元素访问方法、修改容器的操作，还有迭代器相关的函数。

在C++标准库的 std::vector 中，allocator（内存分配器）是模板的第二个参数，通常可以忽略，使用默认的即可。但在需要特殊内存管理时，可以自定义allocator，不过这种情况相对少见。
默认内存分配器已足够高效，自定义内存分配器应仅在性能分析表明有必要时才会使用，所以后续介绍vector接口时，只会考虑大多数情况，忽略allocator（直接使用默认的）这个参数，简化vector的使用。

vector 类中typedef了很多类型别名，以下代码展示了一些常用的类型别名：

typedef T value_type;// 其中 T 是 vector 的第一个模板参数
typedef size_t size_type;
// size_t 是 C++ 标准库中定义的一个类型别名，它通常是一个无符号整数类型。其可能的定义方式如下:
// 64 位系统下: typedef unsigned long long size_t; 
// 32 位系统下: typedef unsigned int size_t; 
typedef T& reference;
typedef const T& const_reference;
typedef Allocator allocator_type;

二、vector的常用接口介绍

1.vector类对象的常见构造

忽略allocator相关参数后的简化接口：

(constructor)构造函数声明	接口说明
vector()	无参构造,默认构造空容器
vector（ size_type n, const value_type& val =value_type() ）	构造并初始化n个val
template< class InputIterator > vector ( InputIterator first, InputIterator last )	使用迭代器进行初始化构造
vector (const vector& x)	拷贝构造
vector ( initializer_list<value_type> il ）	初始化列表构造（C++11新增，了解用法）

示例一（无参构造,默认构造空容器）：
vector( )；

#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> app;// size和capacity均为0return 0;
}

示例二（构造并初始化n个val）：
vector（ size_t n, const T& val = T( ) ）；

#include <vector>
#include <string>
using namespace std;int main()
{vector<int> a1(5); // vector(size_t n, const int& val =int())vector<int*> a2(5); // vector(size_t n, const int*& val =int*())vector<int> a3(5, 10);vector<string> a4(5); // vector(size_t n, const string& val =string())vector<string> a5(5,"abcd");return 0;
}

补充:
（1）规定 int()、char() 等内置类型创建的匿名对象（不传参数时）默认为 0 ； int * ()、char * () 等默认为 nullptr
（2）string() 等自定义类型创建的匿名对象（不传参数时）会去调用对应的默认构造函数

示例三（使用迭代器进行初始化构造）：
template< class InputIterator >
vector ( InputIterator first, InputIterator last )；

#include <vector>
#include <list>
using namespace std;int main()
{list<int> lst = { 1, 2, 3, 4, 5 }; // 初始化列表的构造方式vector<int> vec1(lst.begin(), lst.end());  // list的迭代器是双向迭代器int arr[] = { 4, 5, 6, 7, 8, 9 };vector<int> vec2(arr + 2, arr + 5);  // 指针作为随机访问迭代器vector<int> vec = { 10, 11, 12, 13, 14, 15 };vector<int> vec3(vec.begin() + 1, vec.end() - 2); // vector的迭代器是随机访问迭代器return 0;
}

补充知识（迭代器的种类）：

在 C++ 中，迭代器（Iterator）是用于遍历容器（如 vector、list、map等）中元素的对象，类似于指针的行为。根据功能强弱，迭代器分为以下 5 种类别，支持不同的操作：

（1）. 输入迭代器（Input Iterator）

• 功能：只能单向移动（向前），且只能读取元素（不可修改）。
• 支持的操作：++（前置/后置递增）、*（解引用）、==/!=（比较）。
• 典型应用：一次性遍历（如从文件流读取数据）。
• 示例：istream_iterator（用于输入流）。

（2）. 输出迭代器（Output Iterator）

• 功能：只能单向移动（向前），且只能写入元素（不可读取）。
• 支持的操作：++（前置/后置递增）、*（解引用赋值）。
• 典型应用：向容器或流中写入数据。
• 示例：ostream_iterator（用于输出流）。

（3）. 前向迭代器（Forward Iterator）

• 功能：继承自输入迭代器，支持多次读写和重复遍历。
• 支持的操作：所有输入迭代器的操作，且可以多次递增。
• 典型容器：单链表（如 forward_list）、哈希表（如 unordered_set）。

（4）. 双向迭代器（Bidirectional Iterator）

• 功能：继承自前向迭代器，支持双向移动（向前和向后）。
• 支持的操作：所有前向迭代器的操作，新增 --（前置/后置递减）。
• 典型容器：双链表（如 list）、关联容器（如 set、map）。

（5）. 随机访问迭代器（Random Access Iterator）

• 功能：功能最强，支持直接跳跃访问任意位置。
• 支持的操作：所有双向迭代器的操作，新增：
  • +/-、+=/-=（跳跃多个位置）。
  • []（下标访问）、比较大小（如 <, >）。
• 典型容器：连续内存容器（如string、vector、deque、数组）。

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迭代器关系图示
输入迭代器 → 前向迭代器 → 双向迭代器 → 随机访问迭代器（功能由低到高）
输出迭代器（独立分支）

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关键区别

• 随机访问迭代器效率最高（如 vector 的迭代器）。
• 输入迭代器是等级最低的迭代器，所有更高级的迭代器（如前向、双向、随机访问迭代器）都兼容输入迭代器的功能。
• 双向迭代器仅支持逐步移动（如 list）。
• 算法需根据迭代器类型选择实现（如 算法库中的sort 需要随机访问，而list的双向迭代器不能满足sort随机访问的要求，所以list 需用自己的 sort 方法）。

示例四（拷贝构造）：
vector (const vector& x)；

#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> vec = { 10, 11, 12, 13, 14, 15 }; vector<int> vec1(vec); // 用vec拷贝构造vec1return 0;
}

示例五（初始化列表构造）：
vector ( initializer_list< T > il )；

#include <vector>
#include <string>
using namespace std;int main()
{vector<int> vec1{ 1, 2, 3 }; // 调用初始化列表构造vector对象时要使用花括号vector<string> vec2{ "hello", "world" };vector<int> vec3 = { 5, 6, 7 };return 0;
}

2.vector iterator 的使用

接口	功能
begin	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator
end	获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> s1 = { 1,3,5,7,9 };vector<int>::iterator it1 = s1.begin();// 普通vector对象调用 iterator begin();// 返回指向vector对象中第一个元素的普通迭代器,允许修改vector对象中的元素while (it1 != s1.end()){(*it1)++;cout << *it1 << ' ';++it1;}cout << endl;const vector<int> s2 = { 1,3,5,7,9 };vector<int>::const_iterator it2 = s2.begin();// const vector对象调用 const_iterator begin() const;// 返回指向const vector对象第一个元素的const迭代器,只允许读取const vector对象中的元素，不能修改while (it2 != s2.end()){cout << *it2 << ' ';++it2;}cout << endl;return 0;
}

3.vector类对象的容量操作

3.1 size、capacity 和 empty的使用

接口	功能
size	获取数据个数
capacity	获取容量大小
empty	判断是否为空

（1）size 和 capacity

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> vec1{ 1,2,3,4,5 };cout << "vec1的有效数据个数:" << vec1.size() << endl;cout << "vec1的容量:" << vec1.capacity() << endl;vector<int> vec2{ 6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6};cout << "vec2的有效数据个数:" << vec2.size() << endl;cout << "vec2的容量:" << vec2.capacity() << endl;return 0;
}

（2）empty

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> vec1{ 1,2,3,4,5 };cout << "vec1是否为空:" << vec1.empty() << endl;vector<int> vec2;cout << "vec2是否为空:" << vec2.empty() << endl;return 0;
}

3.2 reserve的使用

std::vector 类提供的 reserve() 成员函数，用于请求vector对象的容量调整。
注：这个函数不会改变vector对象的有效数据个数，也不会修改vector对象有效数据中的内容。

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };cout << "v1的有效数据个数:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;v1.reserve(50);cout << "v1的有效数据个数:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;return 0;
}

我们一般只用reserve函数进行扩容，使用场景如下：在你预先知道vector对象将增长到某个大小时，可以使用reserve函数提前分配足够的空间，避免频繁扩容。

3.3 resize的使用

std::vector类提供的 resize() 成员函数，用于改变有效数据个数。
如果新的个数大于当前个数，会新增有效数据个数，新增元素初始化为 val；如果新的个数小于当前个数，减少有效数据个数。

示例一（新的个数大于当前个数，会新增有效数据个数，新增元素初始化为 val）：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3 };cout << "v1的有效字符长度:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;v1.resize(5, 10);cout << "v1的有效字符长度:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;v1.resize(10, 100);cout << "v1的有效字符长度:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;return 0;
}

示例二（新的个数小于当前个数，减少有效数据个数）：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };cout << "v1的有效字符长度:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;v1.resize(5);cout << '\n' << "v1的有效字符长度:" << v1.size() << endl;cout << "v1的容量:" << v1.capacity() << endl;return 0;
}

4.vector类对象的访问（包含data：返回底层数组的指针）

接口	功能
operator[]	返回n位置的数据（越界访问的情况是不确定的）
at()	返回n位置的数据（越界访问会抛异常）
data()	返回底层数组的指针（C++11）

（1）operator[]

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{1,2,3,4,5,6,7,8,9};for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i){v1[i] += 1;cout << v1[i] << ' ';// 普通对象调用 int& operator[](size_t n); // 返回vector对象中指定位置数据的引用（int&），// 这意味着你可以通过返回的引用修改数据的内容。}cout << endl;const vector<int> v2{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i){cout << v2[i] << ' ';// const对象调用 const int& operator[](size_t n) const; // 返回vector对象中指定位置数据的常引用（const int&），// 这意味着你只能读取vector对象中的数据，而无法进行修改。}cout << endl;return 0;
}

（2）at( )

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{1,2,3,4,5,6,7,8,9};for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i){v1.at(i) += 1;cout << v1.at(i) << ' ';// 普通对象调用 int& at(size_t n); // 返回vector对象中指定位置数据的引用（int&），// 这意味着你可以通过返回的引用修改数据的内容。}cout << endl;const vector<int> v2{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (size_t i = 0; i < v2.size(); ++i){cout << v2.at(i) << ' ';// const对象调用 const int& at(size_t n) const; // 返回vector对象中指定位置数据的常引用（const int&），// 这意味着你只能读取vector对象中的数据，而无法进行修改。}cout << endl;return 0;
}

（3）data( )

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{std::vector<int> myvector(5, 10);cout << "myvector contains:";for (unsigned i = 0; i < myvector.size(); ++i){cout << ' ' << myvector[i];}cout << '\n';int* p = myvector.data();*p = 20;++p;*p += 20;p[2] = 100;cout << "myvector contains:";for (unsigned i = 0; i < myvector.size(); ++i){ cout << ' ' << myvector[i];}cout << '\n';return 0;
}

5.vector类对象的修改操作

5.1 push_back、insert（插入数据）

接口	功能
push_back	在末尾插入一个元素
insert	在迭代器 position 位置插入元素

（1）push_back

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,1,1,1,1,1,1,1 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.push_back(100); // 尾插一个元素for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

（2）insert

示例一（插入多个相同元素）：
iterator insert(const_iterator pos, size_t count, const T& val);

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,1,1,1,1,1,1,1 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.insert(v1.begin() + 5, 3, 10);for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

示例二（插入范围元素）:
template < class InputIterator >
iterator insert(const_iterator pos, InputIterator first, InputIterator last);

#include <vector>
#include <list>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,1,1,1,1,1,1,1 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';list<int> lst{ 10,11,12,13,14,15 };v1.insert(v1.begin() + 5, lst.begin(), lst.end());  // list的迭代器是双向迭代器for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

示例三（插入初始化列表）：
iterator insert(const_iterator pos, initializer_list< T > il);

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,1,1,1,1,1,1,1 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.insert(v1.begin() + 5, { 9,5,2,7 }); // 插入初始化列表for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

5.2 pop_back、erase 和 clear（删除数据）

接口	功能
pop_back	删除末尾元素
erase	删除迭代器 pos 指向的元素
clear	清空所有有效元素（不释放内存）

（1）pop_back

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.pop_back();for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

（2）erase

示例一（删除单个元素）：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.erase(v1.begin() + 5); // 删除第6个元素for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

示例二（删除范围元素）：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';v1.erase(v1.begin() + 5, v1.end() - 1); //删除第6~8的元素for (unsigned i = 0; i < v1.size(); ++i){cout << ' ' << v1[i];}cout << '\n';return 0;
}

（3）clear

#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };v1.clear();return 0;
}

5.3 成员函数swap

swap成员函数是用于高效交换两个vector对象的内容的函数

#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3};vector<int> v2{ 10,20,30,40 };v1.swap(v2);return 0;
}

6.vector类非成员函数

6.1 relational operators系列函数

#include <vector>
using namespace std;int main() 
{vector<int> v1{ 1,2,3 };vector<int> v2{ 1,2,3,4 };vector<int> v3{ 1,3,2 };// == 运算符:元素数量相同且对应元素相等bool b1 = (v1 == v2);  // false（元素数量不同）// != 运算符:存在至少一个不相等元素bool b2 = (v1 != v3);  // true（在第二个元素 2 != 3）// < 运算符：字典序比较，遇到第一个不同元素时判断bool b3 = (v1 < v2);   // true（v1是v2的前缀）bool b4 = (v1 < v3);   // true（在第二个元素 2 < 3）// > 运算符：字典序更大bool b5 = (v2 > v3);   // false（在第二个元素 2 < 3)return 0;
}

核心原理：

1. 字典序比较：

   • 逐个元素对比，直到发现不相等的元素
   • 若一个vector是另一个的前缀，较短的vector更小
   • 元素必须支持operator<（自定义类型需重载）

2. 类型一致性：

   • 只能比较相同类型的vector（vector<int>不能与vector<double>比较）

6.2 非成员函数swap

std::vector的非成员函数swap专门用于交换两个同类型std::vector对象。它底层实际上调用了std::string的swap成员函数。
它在功能上与std::vector的swap成员函数完全一致，但其提供了更为通用的接口。

#include <vector>
using namespace std;int main()
{vector<int> v1{ 1,2,3};vector<int> v2{ 10,20,30,40 };swap(v1, v2); // 功能上与std::vector的swap成员函数完全一致，但其提供了更为通用的接口return 0;
}

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