【c++】vector的使用

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朋友们大家好,我们本篇来到一个新的容器,vector的讲解和使用

目录

1.vector简单介绍

vector是表示可变大小数组的序列容器

就像数组一样,vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问,和数组一样高效。但是又不像数组,它的大小是可以动态改变的,而且它的大小会被容器自动处理

本质讲,vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候,这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是,分配一个新的数组,然后将全部元素移到这个数组。就时间而言,这是一个相对代价高的任务,因为每当一个新的元素加入到容器的时候,vector并不会每次都重新分配大小

vector分配空间策略:vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长,因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何,重新分配都应该是对数增长的间隔大小,以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的

因此,vector占用了更多的存储空间,为了获得管理存储空间的能力,并且以一种有效的方式动态增长

与其它动态序列容器相比(deque, list and forward_list), vector在访问元素的时候更加高效,在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作,效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好

2.vector的使用

2.1构造函数

  1. Default constructor (default (1)):

    cpp 复制代码
    explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());

    这是 std::vector 的默认构造函数。它创建一个空的 vector 对象,不含有任何元素。可选参数 alloc 是一个分配器对象,用于指定内存分配模型 (后面会学到)。explicit 关键字表示构造函数防止隐式转换或复制初始化。大多数时候,你可以简单地省略分配器,因为它有一个默认值。

  2. Fill constructor (fill (2)):

    cpp 复制代码
    explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),
                     const allocator_type& alloc = allocator_type());

    这个构造函数创建了一个含有 n 个元素的 vector,每个元素都是 val 的复本(副本)。val 是可选的;如果不提供,则使用该类型的默认构造函数创建元素。同样,alloc 是可以省略的可选分配器。explicit 关键字仅在只提供了 n 参数的情况下有作用,当同时提供 nval 时,可以使用复制初始化

  3. Range constructor (range (3)):

    cpp 复制代码
    template <class InputIterator>
    vector (InputIterator first, InputIterator last,
            const allocator_type& alloc = allocator_type());

    这个构造函数使用两个迭代器 firstlast,这两个迭代器指定了一个序列的范围,来创建 vector。这个范围包括从 firstlast 之间的所有元素,但不包括 last 指向的元素。这个构造函数可以用于复制任何其他容器(如 listdeque、甚至是另一个 vector)中的元素。分配器 alloc 是可选的

  4. Copy constructor (copy (4)):

    cpp 复制代码
    vector (const vector& x);

    这是 std::vector 的拷贝构造函数。它创建了一个新的 vector 实例

简单示例:

cpp 复制代码
vector <int> v1;
vector <int> v2(10, 1);
vector <int> v3(v2);
for (auto s : v2)
{
	cout << s << " ";
}
cout << endl;
for (auto s2 : v3)
{
	cout << s2 << " ";
}
cout << endl;

这里遍历与string类相似,后面我们再次讲解,结果如下:

🔥operator=

这个赋值重载就十分简单了

2.2遍历vector

🔥operator[ ]

cpp 复制代码
vector <int> v1(10,1);

for (size_t i=0;i<v1.size();i++)
{
	cout << v1[i] << " ";
}
cout << endl;

🔥迭代器iterator

cpp 复制代码
vector <int> v1(10,1);
vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

剩余的六种与上面的用法类似,我们不做过多讲解

2.3对容量操作

🔥size()

获取数据个数,与string类相似

🔥capacity()

获取容量大小

我们可以看一下vector的扩容机制:

cpp 复制代码
size_t sz;
vector<int> v;
sz = v.capacity();
cout << "making v grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
	v.push_back(i);
	if (sz != v.capacity())
	{
		sz = v.capacity();
		cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	}
}

结果如下:

cpp 复制代码
making v grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 3
capacity changed: 4
capacity changed: 6
capacity changed: 9
capacity changed: 13
capacity changed: 19
capacity changed: 28
capacity changed: 42
capacity changed: 63
capacity changed: 94
capacity changed: 141

vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容

g++运行结果:linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容:

cpp 复制代码
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128

🔥reserve

用来预先开辟容量大小,来减少扩容次数:

cpp 复制代码
vector<int> v;
size_t sz = v.capacity();
v.reserve(100); // 提前将容量设置好,可以避免一遍插入一遍扩容
cout << "making bar grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
	v.push_back(i);
	if (sz != v.capacity())
	{
		sz = v.capacity();
		cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
	}
}

测试结果:

🔥resize

resize用来改变vector的size

  • 如果 n 小于当前容器size,则内容将减少到其前 n 个元素,删除超出(并销毁它们)的元素

  • 如果 n 大于当前容器size,则通过在末尾插入所需数量的元素来扩展内容,以达到 n 的大小。如果指定了 val,则新元素将初始化为 val 的副本,否则,它们将进行值初始化。

  • 如果 n 也大于当前容器容量,则会自动重新分配分配的存储空间

cpp 复制代码
vector<int> a;
a.resize(10, 1);
for (auto e : a)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;


reserve只负责开辟空间,如果确定知道需要用多少空间,reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题

resize在开空间的同时还会进行初始化,影响size

resize不会进行缩容,如果想要缩容,我们可以调用shrink_to_fit();

2.4vector的增删查改


🔥push_back

push_back使用很简单,直接尾插一个元素即可
🔥pop_back

直接删除尾部元素

使用示例:

cpp 复制代码
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;
v.pop_back();
for (auto e : v)
{
	cout << e << " ";
}


🔥find

注意,vector库中是没有find函数的,我们这里使用的是算法库中的find,其是包含在头文件<algorithm>中的

这个函数是非成员函数,被用来在一个序列中查找一个特定的值。

find 函数的声明:

cpp 复制代码
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);

这个函数的参数包括:

  • firstlast输入迭代器(InputIterator) ,它们一起定义了一个序列的范围(即 [first, last))。这个范围包括指向 first 元素的位置直到 last 位置但不包括 last 本身find 函数在这个范围内查找 val
  • val 是要查找的值。这个值需要跟序列中元素类型兼容。find 函数会使用元素类型的 operator== 来比较每个元素是否跟 val 相等

find 函数的行为是线性搜索;它从 first 索引开始,逐个比较每个元素直到 last 索引之前,查找一个等于 val 的元素。

返回值:

  • 如果找到,find 函数返回一个迭代器,指向第一个等于 val 的元素
  • 如果在 [first, last) 范围内没有找到 val,则返回 last,表示查找失败

🔥insert


std::vectorinsert 方法用于在向量中的指定位置插入元素。这个方法有三种重载形式,以适应不同的插入需求:

  1. Single element (1):

    cpp 复制代码
    iterator insert (iterator position, const value_type& val);

    这个方法在向量中 position 指定的位置前插入一个 val 副本,并返回指向新插入元素的迭代器。如果 position 是向量的 end() 迭代器,则新元素被添加到向量的末尾。

    例子:

    cpp 复制代码
    std::vector<int> vec = {1, 2, 4, 5};
    auto it = vec.insert(vec.begin() + 2, 3);
    // 现在 vec = {1, 2, 3, 4, 5}
  2. Fill (2):

    cpp 复制代码
    void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);

    这个方法在 position 指定的位置前插入 nval 副本。它不返回任何值。

    例子:

    cpp 复制代码
    std::vector<int> vec = {1, 2, 6, 7};
    vec.insert(vec.begin() + 2, 3, 5);
    // 现在 vec = {1, 2, 5, 5, 5, 6, 7}
  3. Range (3):

    cpp 复制代码
    template <class InputIterator>
    void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);

    这个方法将位于 [first, last) 区间内的元素插入到 position 指定的位置前。这个范围包括 first,但不包括 last,即它是一个半开区间。这个方法也不返回任何值。

    例子:

    cpp 复制代码
    std::vector<int> vec1 = {1, 2, 9, 10};
    std::vector<int> vec2 = {3, 4, 5, 6, 7, 8};
    vec1.insert(vec1.begin() + 2, vec2.begin(), vec2.end());
    // 现在 vec1 = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10}

也可以在指定元素前面插入:

cpp 复制代码
vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		v.insert(pos, 30);
	}

🔥erase

这个迭代器可以删除指定位置,或者一个迭代器区间

cpp 复制代码
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.push_back(5);

v.erase(v.begin()+2);

删除了3

注意,这里insert和erase传参均为迭代器

本篇内容到此结束!感谢大家阅读!!

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