C++STL初阶(4):初识vector

vector是一个类模版,是一个顺序容器,底层思维就是顺序表,而顺序表的本质就是一个可以改变size的数组。本篇基于string的学习基础,我们对vector进行一个大致的了解和学习


1.基本介绍

  1. vector 是表示可变大小数组的序列容器,几乎所有类型都可以成为vector的元素,因此vector也可以进行嵌套,如:vector<vector<int>>
  2. 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。
  3. 与其他动态容器的使用区别: 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
  4. 时间和空间的使用
    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。

2.vector基础操作

2.1构造函数

正如上文所说,vector是类模版,类模版的本质是写给编译器用的,以实现泛型编程。

函数传对象,模版传类型,后者是在编译的时候传的,编译器会根据你传入的类型通过模版自动生成一个相应的vector

vector的数组是所有类型的数组。

对于string和vector<char>的区别,前者是基于"串"而存在的概念,后者是基于"单个字符"而存在的概念。所以vector没有append和+=的概念。

string是专门针对char的数组设计的,vector是针对所有类型的数组设计的。

无参构造和拷贝构造是重点。也可以通过中括号里加参数给vector赋值。也就是:

vector<char>{'a','b'};

对于第一个无参构造,第一个参数(value_type)类型对应底层是一个什么类型的数组,第二个参数(allocator_type)有缺省值,allocator是空间配置器,也就是内存池,通过该空间配置器会给vector开空间。

对于第二个赋值构造,我们也可以使用如下:

(最后两排是其他用法)
对于参数的缺省值value_type()和allocator_type(),就像int()一样,表示创建一个匿名对象。

在C++中有默认的构造函数的,int()就是0,char()就是\0,而如果是自定义类型就会调用默认构造。


2.2 遍历vector

如何遍历?正如上文,vector不仅支持基于迭代器的范围for,还可以下标访问。

vector支持下标访问:


访问方法2:

迭代器:

cpp 复制代码
vector<int>::iterator it1 = v.begin();
while (it1 != v.end()) {
	cout << *it1 << " ";
	++it1;
}

++虽然vector还是更多喜欢下标访问,但是迭代器可以便于实现范围for和提高接口的通用性。++


2.3 push_back和pop_back的使用

我们以一个string为元素的vector来举例(类似于一个二维char数组)

string类型的vector**就可以用到匿名对象(第二个push_back)**来便于创建: ​​​

也可以直接传常量字符串来构造:

我们简单来看下push_back的参数。因为对于push_back:

push_back的参数必须是const string& s,因为涉及传常量字符串和单参数构造函数隐式类型转换,需要改小push_back处参数的权限。

当string作为vector的元素时,就可以对vector的元素进行+= , 因为strng是可以+=的。

pop_back:


2.4对于需要深拷贝的传值优化

不过此时遍历的范围for写的有缺陷,因为e是传值传参,所以每个string都需要深拷贝。但是如果底层的拷贝用的是写时拷贝,在效率方面就优化了太多。

但是当我们不知道底层是不是写时拷贝时,就可以用以下的传引用方法,来降低拷贝的成本。

cpp 复制代码
for (const auto& e : v1) {
	cout << e << " ";
}

2.5 insert和erase等

在vector中,insert和erase都没有下标版本,只有迭代器版本:

可发现不能传位置了。

而应该写成 :

再来观察一下两种insert的用法:

另一种则可以控制多少个数据需要被修改成最后的参数:

emplace和insert的作用是几乎一样的,但是效率有点小差距。


2.6 resize

resize不会改变原有空间的数据,而是在多开出的空间输入你的参数。相当于在数组末尾insert。

vector的resize不像string那样默认加\0,而是加0:


2.7 sort的使用

sort是一个函数模版,参数为迭代器。

可以通过v1.begin()+-n来控制从哪开始,或者利用size来只排序前一半:

默认排序是升序,如果希望降序:

sort的第三个参数表示需要传一个可比较的对象(就像qsort需要传一个函数指针一样)

使用仿函数,仿函数是一个对象

greater是在库中实现的,可以选出更大的,相应的还有less:

可以用greater或less比较两个数,输出为0或1。

或者也可以利用匿名对象:

仿函数的具体内容会在后文中讲解,现在知道有这个东西就行了。


3.练习使用vector

136. 只出现一次的数字 - 力扣(LeetCode)

从题目中也可以看出,C++一般都是传vector,而C语言是传int* 和为了能修改而不得不传指针的returnsize:

思路非常简单并且做过无数遍,按位异或即可。

cpp 复制代码
int singleNumber(vector<int>& nums) {
        int ans=0;
        for(auto e:nums){
            ans^=e;
        }
        return ans;
    }

杨辉三角118. 杨辉三角 - 力扣(LeetCode)

重点理解:resize / operator[]以及vector的包含。

类似于一个二维数组

将vector<int>作为参数形成一个新的vector。

所以这里会实例化两个类,一个是vector<int>,另一个是vector<vector<int>>,而在杨辉三角中,每一个vector<int>的大小和元素都是不一样,如下图:

通过vector实现了动态二维数组,该数组可以直接由运算符重载而直接用两个方括号访问:

杨辉三角的解题思路对于现在的大家应该很简单了:

cpp 复制代码
class Solution {
public:
    vector<vector<int>> generate(int numRows) {
           vector<vector<int>> v;
           v.resize(numRows);
           for(int i =0;i<numRows;++i){
            v[i].resize(i+1,0);
            v[i][0]=v[i][i]=1;
           }
           for(int i=0;i<numRows;++i){
               for(int j=0;j<=i;++j){
                if(v[i][j]==0){
                    v[i][j]= v[i-1][j]+ v[i-1][j-1];
                }
               }
           }
           return v;
    }
};

Leetcode传一维数组时需要一个returnsize,为了能改变其值所以传进来的是int* returnsize(正如第一题)

传二维数组时还需要一个数组returncolumnsize来记录每一个一维数组有多少个元素,为了能改变这个一维数组的值只能传int** returncolumnsize.

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