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「C++笔记」vector：C++中的新式“数组”

article 2025/1/7 4:00:09

「C++笔记」这个系列是我最近学习新版本的 C++ 版本的笔记，材料主要是《A Tour of C++ Third Edition》。这本书的作者就是 C++ 的作者 Bjarne Stroustrup，所以也会记录一些他的思想。
版本主要是 20/23 这些，不过我对 11 的了解也不完善，所以可能也会有一些大家早就知道的。

介绍

C++ 中，有一种容器叫做 vector，它的定义和作用与数组差不多，都是同一种类型的元素序列，在内存中连续存储。

但是在实现的时候，要比数组要复杂一些：大致来说，它会动态分配内存空间，然后有三个指针指向元素序列的开头和结尾，以及空闲区域的末尾（有的会用偏移量记录）。所以 vector 的结构是一个内存分配器和三个指针。如下：
请添加图片描述

不过 vector 有一些新的特性，非常方便使用，就连 C++ 创始人 Bjarne Stroustrup 都推荐使用vector，如下是《A Tour of C++ Third Edition》中的内容，并且也强调不用担心效率、性能问题：

请添加图片描述

容器还有个很好的特性就是不用担心内存回收。因为 C++ 没有垃圾回收机制，很容易粗心使得内存只分配，不回收，最后占用一大堆内存，这也是 C++ 一直被诟病的问题。但是容器很容易解决了这个问题，因为构造函数分配了内存，最后不用了会有析构函数回收（我是看这书才反应过来析构函数的作用是这个，之前一直当作结束生命周期的，没反应过来）。所以使用 vector 要比数组好很多，不然很容易忘记最后free或者delete[]。

用法

相似

简单地声明和定义一个 vector 与数组差不多，如下：

vector<int> v1;
v1= {1, 2, 3, 4};

vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4};

这里的<>中的int表示这里的元素类型是int，其余部分会发现和数组一样，比如赋值是大括号，序号从 0 开始等等。

同样，我们可以预先声明 vector 的大小：

vector<int> v2(23);

上面这个 vector 的尺寸是 23（需要注意不是数组的方括号，而是圆括号）。

如果你想声明一个整数指针的序列，那么使用下面的样式：

vector<int*> v3;

新玩意

本文无意做翻译文档的作用，所以只记录一些我觉得有用，或者学了之后一通百通的内容。

声明尺寸与初始值

vector 有一些新的特性：假设你想声明有 10 个整数的数组，但是这个数组的初始值为 3。按照数组的方法，需要先声明一个固定尺寸的数组，然后用循环赋值。如下：

int a[10];
for (int i=0; i<10; i++) {
	a[i]=3;
}

但是 vector 就很方便了，声明的时候就能搞定，如下：

vector<int> a(10, 3);

新增单个元素

增加元素需要使用成员函数push_back()（给结尾）和insert()。

前者如下：

#include <iostream>

using namespace std;

int main() {
    std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4};
    //循环输出
    for (const auto& x : v1)
        cout << x << ' ';
    cout << '\n';
    //在尾部添加两个元素
    v1.push_back(1);
    v1.push_back(2);
    //循环输出
    for (const auto& x : v1)
        cout << x << ' ';
    cout << '\n';
}

输出：

1 2 3 4 
1 2 3 4 1 2

后者麻烦一些，如下：

#include <iostream>
#include <valarray>

using namespace std;

int main() {
    std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4};
    //循环输出
    for (const auto& x : v1)
        cout << x << ' ';
    cout << '\n';
    //插入到从头开始第三个位置（因为从0开始，所以+2）
    v1.insert(v1.begin()+2,100);
    //循环输出
    for (const auto& x : v1)
        cout << x << ' ';
    cout << '\n';   
}

输出：

1 2 3 4 
1 2 100 3 4

代码中的v1.begin()+2是位置，这个参数也可以设置成中间的某个元素的位置。

valarray：vector向量计算

vector 虽然有向量的意思，但是并不能进行向量计算。不过标准库<valarray>里提供了一个 vector 类的模板 valarray，可以像 SIMD 一样进行计算，这使得处理一些数据的时候方便了很多：

#include <iostream>
#include <valarray>

using namespace std;

int main() {
    valarray<int> v1 = {1, 2, 3, 4};
    valarray<int> v2 = {4, 3, 2, 1};
    
    //这里会对整个valarray进行计算，不用自己写循环
    valarray<int> v3 = v1*v2 + v1/v2 + v1 * 12;
    
    //循环输出
    for (const auto& x : v3)
        cout << x << '\n';
    
}