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
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iterator
vector<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！！！