【STL专题】深入探索vector：动态数组的魔力【入门指南】

1.vector是一个顺序（序列）容器，它的表现形式是像可以改变大小（长度）数组一样。文档的第一句话就告诉我们vector是表示可变大小数组的序列容器。

文档的第二段话：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

文档的第三段在说vector的本质，它是利用动态数组实现的：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。

**这一段是再说vector的空间是如何分配的：**相对的，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，和数组相比，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。

二、vector的详解

💫vector的接口

vector的接口比起string就没有那么多了，大致接口如下，我们可以看到我们的老伙伴了，构造函数，析构函数，size，还有[]。接下来我们从成员函数开始，一步步学习如何使用吧。

💫vector原型

vector原型如下，第一个参数，class T是一个模板，而第二个是空间配置器，也就是是内存池，所有容器都用内存池来开空间，这样可以提高效率。我们只需要知道，它是用来分配内存即可。

💫vector 的默认成员函数

🍃构造函数（⭐）

cplusplus.com/reference/vector/vector/vector/

进入构造函数的文档界面，我们看到有四个构造函数，其中重点掌握的，也是最常用的，我在图片中已经标出来了。剩下的了解就差不多了。

第一个是默认的构造函数，是无参的，那括号中的又是什么呢？

const allocator_type& alloc = allocator_type()

这个是我们刚刚提到的内存分配，所以不用太在意这一块，之后我们总会接触到的。

第一个无参构造函数，也是我们很经常用的，除此之外还可以使用第四个拷贝构造函数。

使用如下，这一块和string是差不多的。

🍃析构函数

对析构函数我们不必关注太多，稍微看看就行,在学习的时候，我们知道析构函数的功能即可 .

🍃赋值运算符重载

赋值运算符重载，就给了一种形式，

其实际操作如下：

这个应用起来，可比string的文档少的多。

💫vector 的遍历

vector 的遍历和string 是一样的，大家都可以用迭代器，下标加[],以及范围for三种形式。

实际操作：

for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
{
	cout << v3[i] << " ";
}
cout << endl;

vector<int>::iterator it = v3.begin();
while (it != v3.end())
{
	cout << *it << " ";
	++it;
}
cout << endl;

for (auto e : v3)
{
	cout << e << " ";
}
cout << endl;

当然因为我们还没有插入任何数据，所以是看不到屏幕上的情况的。我们可以对v1进行push_back一些数据。

然后就可以显示了。

💫vector 的扩容机制

听说VS下的vector扩容和g++的不一样，我们来试试就知道了。

cpp 复制代码

// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
	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';
		}
	}
}

这是VS下的测试：

我们可以发现

在我们的虚拟机上就可以测试出来，代码和上述是差不多的，我就不放出来了，那这里输入的代码如图所示，我们可以看到屏幕给我们展示了vector的2倍扩容。

capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会出现，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。

💫vector 的对象操作

是否大家记得在我们写string的时候，提到过find函数，如图所示，

但是vector的介绍这里面没有find，它居然写在算法里面了。

这是算法库的文档

- C++ Reference (cplusplus.com)https://legacy.cplusplus.com/reference/algorithm/?kw=algorithm 我们可以找到这个find函数。

我们还可以通过文档查看value，这段话是说，如果找到了，返回下标，没找到就返回last。这个last 实际上就是我们给的的区间末尾。

所以具体的使用如下：

为什么vector用算法里面的find，而string要用自己的find？

原因可能有以下三点：

1.string写的早

2.string还要支持字串的查找

3.vector只需要找某个值

💫vector 中的vector

以前我们在学习C语言的时候，接触过一个二维数组，我们说二维数组可以看过由一维数组构成的。

我们可以通过一串代码来理解一下vector中的二维表现形式。

cpp 复制代码

void test1()
{
	vector<vector<int>> vv;

	// 初始化
	vv = { {1, 2, 3},
		  {4, 5, 6},
		  {7, 8, 9} };

	// 访问二维矩阵的元素
	cout << "vv[0][1]: " << vv[0][1] << endl; 
	cout << "vv[2][2]: " << vv[2][2] << endl;  
}

解析：

当我们声明 vector<vector<int>> vv; 时，我们创建了一个 vector 对象 vv ，其中每个元素也是一个 **vector<int>**对象。这种嵌套的结构可以被看作是二维数组。

在这个二维数组中，每个元素 vv[i] 也是一个 vector<int> 对象，表示二维数组的一维数组。

我们可以使用下标来访问和操作这个二维数组。

例如，可以使用 vv[i][j] 来访问二维数组中的特定元素，其中 i 表示行下标，j 表示列下标。

就是按二维数组的方式去理解即可，但是又不一样，这个毕竟中间不一定只存vector。结构体中嵌套一个结构体，实际上用指针模拟实现二维数组的时候也可以这么看。

画图理解：

这里因为是整形类型，所以我写的是int* 的指针，当然实际情况可能并不这样，我们只是大概的去类比一下，稍微画画，理解这个二维vector这个概念。

💫vector 中的对象数组

像上一个小节中的，二维vector其实是一个对象数组的概念。

"vector的对象数组"指的是将多个对象存储在一个 vector 容器中，形成一个对象数组的结构。

在C++中，vector 是一个动态数组容器，可以存储多个对象，并且可以根据需要动态调整大小。每个对象可以是相同类型的，也可以是不同类型的。

当我们将多个对象存储在 vector 中时，就形成了一个对象数组。这个对象数组可以根据需要进行扩展或缩小，并且可以使用下标来访问和操作其中的对象。

三、入门指南

记得在使用 vector 之前包含 <vector> 头文件。

💦vector对象创建

vector<type> name

其中，type 是你要存储在 vector 中的对象的类型，而 name 是你给这个 vector 对象起的名称。例如，如果你想创建一个存储整数的 vector 对象，你可以这样写：

cpp 复制代码

vector<int> v

同样，如果你想创建一个存储字符串的 vector 对象，你可以这样写：

cpp 复制代码

vector<string> names

这将创建一个名为 names 的 vector 对象，用于存储字符串类型的数据。

你可以根据需要在程序中创建多个 vector 对象，并使用它们来存储和操作不同类型的数据。

💦vector的插入

🍀尾插

要向 vector 中进行尾插操作，可以使用 push_back() 函数。这个函数将一个元素添加到 vector 的末尾。

cpp 复制代码

vector<int> numbers;

// 进行尾插操作
numbers.push_back(1);
numbers.push_back(2);
numbers.push_back(3);

运行这段代码，输出将会是 1 2 3。

🍀任意位置插入

要向 vector 中任意插入元素，可以使用 insert() 函数。

insert() 函数有多种用法，可以在指定位置插入一个元素，也可以在指定位置插入一个范围内的元素。

在指定位置插入一个元素：

cpp 复制代码

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

// 在位置为 index 的位置插入元素 6
v.insert(v.begin() + index, 6);

在指定位置插入一个范围内的元素：

cpp 复制代码

vector<int> v1 = {1, 2, 3};
vector<int> v2 = {4, 5};

// 在位置为 index 的位置插入 v2 中的元素
v1.insert(v1.begin() + index, v2.begin(), v2.end());

💦vector的常用接口

在 C++ 中，vector 提供了一些常用接口，一起来看看吧。

cpp 复制代码

vector<int> v;

v.size();//返回容器中元素个数
v.begin()//返回头部迭代器
v.end()//返回尾部+1迭代器
v.empty()//判断是否为空

v.size()：返回 vector<int> 容器中的元素个数。它返回一个无符号整数类型的值，表示容器中元素的数量。

v.begin()：返回一个指向 vector<int> 容器中第一个元素的迭代器。它指向容器的起始位置。

v.end()：返回一个指向 vector<int> 容器末尾元素的下一个位置的迭代器。它指向容器的结束位置。

v.empty()：检查 vector<int> 容器是否为空。如果容器为空，则返回 true；否则返回 false。

💦vector的删除

要从 vector 中删除元素，可以使用 erase() 或 pop_back() 函数。

🍀指定位置删除

使用 erase() 函数删除指定位置的元素：

cpp 复制代码

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5}; //这是C++11的写法

// 删除位置为 index 的元素
v.erase(v.begin() + index);

🍀尾删

cpp 复制代码

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

// 删除最后一个元素
v.pop_back();

💦vector的resize()和reserve()

resize() 和 reserve() 是 vector 类提供的两个函数，用于调整容器的大小和预分配内存空间。

🍀resize()

resize() 函数用于调整 vector 的大小，可以增加或减少元素的数量。

cpp 复制代码

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

// 增加容器的大小为 5，新增的元素用默认值填充
v.resize(5);

// 减少容器的大小为 2，多余的元素将被删除
v.resize(2);

在上面的代码中，resize() 函数接受一个整数参数，表示要调整的大小。如果调整后的大小比当前大小大，则新增的元素将用默认值填充；如果调整后的大小比当前大小小，则多余的元素将被删除。

🍀reserve()

reserve() 函数用于预分配 vector 的内存空间，以提高性能。

cpp 复制代码

vector<int> v;

// 预分配至少能容纳 100 个元素的内存空间
v.reserve(100);

在上面的代码中，reserve() 函数接受一个整数参数，表示要预分配的内存空间大小。这样做可以避免频繁的内存重新分配，提高 vector 的性能。

需要注意的是，resize() 和 reserve() 函数都会影响 vector 的大小和容量。大小是指容器中实际存储的元素数量，而容量是指容器当前分配的内存空间大小。

🛎️感谢各位同伴的支持，本期C++专题就讲解到这啦，下期我们将进入模拟实现vector，如果你觉得写的不错的话，可以给个一键三连，点赞，收藏+评论，可以的话还希望点点关注，若有不足，欢迎各位在评论区讨论。