【C++标准模版库】vector的介绍及使用

清风~徐~来2024-08-03 8:34

vector

一.vector的介绍

vector是C++标准模板库（STL）中的一个序列容器。它能够存储相同类型的元素序列，并且这些元素在内存中连续存储。vector可以存储一个动态数组，即它可以在运行时改变其大小，以存储任意类型的对象（包括内置类型如int、double等，以及用户自定义的类型如类对象）。vector提供了许多方便的成员函数来管理其存储的元素，比如添加、删除、访问元素等（动态顺序表）。

vector关键特性：

  1. 动态数组：vector的大小不是固定的，它可以根据需要自动增长或缩小。当向vector中添加元素而现有空间不足时，它会重新分配一块更大的内存空间，并将旧数据复制到新位置，然后释放旧空间。
  2. 随机访问：由于vector中的元素在内存中连续存储，因此可以通过索引（下标）直接访问任何位置的元素，这提供了与静态数组相似的随机访问性能。
  3. 自动内存管理：vector负责其内部元素的内存分配和释放，程序员无需手动管理内存。
  4. 迭代器：vector提供了迭代器（iterator），允许以通用方式遍历容器中的元素。
  5. 容量和大小：vector有两个重要的属性：size()和capacity()。size()返回容器中当前元素的数量，而capacity()返回容器当前分配的存储空间能够容纳的元素数量。

使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 。

二.vector的使用

学习vector时查看文档是非常重要的（vector的文档介绍），vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

1.vector 构造函数

(construct)构造函数声明 接口说明
vector()（重点） 无参构造
vector（size_type n, const value_type& val =value_type()） 构造并初始化n个val，无val默认为T()，例如整形为0
vector (const vector& x)（重点） 拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last) 使用迭代器区间进行初始化构造

注意：vector使用模板，template < class T > ，其中将T重定义为value_type。

cpp 复制代码 
int main()
{
	vector<int> v1; //无参构造
	vector<int> v2(10, 1); //有参构造：用10个1初始化v2
	vector<int> v3(v2); //拷贝构造
	vector<int> v4(v2.begin(), v2.end()); //迭代器区间初始化
	vector<int> v5(v2.begin() + 3, v2.end() - 2);
	
	//遍历vector的三中方式
	//1.下标+[]
	for (int i = 0; i < v5.size(); i++)
	{
		cout << v5[i] << " "; //打印5个1
	}
	cout << endl;

	//2.迭代器
	vector<int>::iterator it = v5.begin();
	while (it != v5.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//3.范围for
	for (auto e : v5)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.vector 空间增长

容量空间 接口说明
size 获取数据个数
capacity 获取容量大小
empty 判断是否为空
resize（重点） 改变vector的size
reserve（重点） 改变vector的capacity
shrink_to_fit 缩容直到适合size

  1. 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。这个问题经常会考察，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。

  2. 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。

  3. resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

cpp 复制代码 
// 如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题了
int main()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	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 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';
		}
	}

	return 0;
}
cpp 复制代码 
int main()
{
	//reserve()：提前开好空间；大于容量------>扩容、小于容量------>不会缩容（啥事不干）
	vector<int> v(10, 1);
	cout << v.size() << endl;     //10
	cout << v.capacity() << endl; //10

	v.reserve(20);
	cout << v.size() << endl;     //10
	cout << v.capacity() << endl; //20

	v.reserve(15);
	cout << v.size() << endl;     //10
	cout << v.capacity() << endl; //20

	v.reserve(5);
	cout << v.size() << endl;     //10
	cout << v.capacity() << endl; //20

	return 0;
}
cpp 复制代码 
int main()
{
	//resize()：修改size，并且可以初始化
	vector<int> v(10, 1);
	v.reserve(20);
	cout << v.size() << endl;     //10
	cout << v.capacity() << endl; //20

	v.resize(15, 2);
	cout << v.size() << endl;     //15
	cout << v.capacity() << endl; //20

	v.resize(25, 3);
	cout << v.size() << endl;     //25
	cout << v.capacity() << endl; //30

	v.resize(5);
	cout << v.size() << endl;     //5
	cout << v.capacity() << endl; //30

	return 0;
}

3.vector 增删查改

vector增删查改 接口说明
operator[]（重点） 像数组一样访问（越界断言）
at 像数组一样访问（越界抛异常）
push_back（重点） 尾插
pop_back（重点） 尾删
front 返回第一个数据的引用
back 返回最后一个数据的引用
assign 赋值：支持个数赋值、迭代器赋值（不常用）
insert 在position之前插入val（只支持迭代器）
erase 删除position位置的数据（只支持迭代器）
swap 交换两个vector
clear 清空size，但是capacity保持不变
find 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）

注意：InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);：返回迭代器。

cpp 复制代码 
int main()
{
	vector<int> v1(10, 1);
	cout << v1[0] << endl;    //1
	cout << v1.at(0) << endl; //1

	v1.push_back(100); //尾插100
	v1.pop_back();     //尾删

	cout << v1.front() << endl; //返回第一个数据
	cout << v1.back() << endl;  //返回最后一个数据

	vector<int> v2;
	v2.assign(10, 5); //赋值10个5
	v2.assign(v1.begin(), v1.end()); //迭代器赋值
	v2.assign(v1.begin() + 3, v1.end() - 2);

	v2.insert(v2.begin(), 20); //头插20
	v2.insert(v2.begin() + 3, 20); //在第三个位置（下标为3）插入20
	v2.erase(v2.begin() + 3); //删除第三个位置（下标为3）的值

	v1.swap(v2); //交换v1与v2
	v1.clear();  //清空数据，但是容量不会改变

	return 0;
}

4.vector 迭代器的使用

iterator的使用 接口说明
begin + end（重点） 获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator/const_reverse_iterator

1.正向迭代器

cpp 复制代码 
int main()
{
	//普通正向迭代器
	vector<int> v1(10, 1);
	vector<int>::iterator it = v1.begin();
	while (it != v1.end())
	{
		//(*it)++; 可以修改
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	//const修饰正向迭代器
	const vector<int> v2(10, 1);
	vector<int>::const_iterator cit = v2.begin();
	while (cit != v2.end())
	{
		//(*cit)++; 不可以修改
		cout << *cit << " ";
		++cit;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.反向迭代器

cpp 复制代码 
int main()
{
	//普通反向迭代器
	vector<int> v1(10, 1);
	vector<int>::reverse_iterator rit = v1.rbegin();
	while (rit != v1.rend())
	{
		//(*rit)++; 可以修改
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;

	//const修饰反向迭代器
	const vector<int> v2(10, 1);
	vector<int>::const_reverse_iterator crit = v2.rbegin();
	while (crit != v2.rend())
	{
		//(*crit)++; 不可以修改
		cout << *crit << " ";
		++crit;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

5.victor 迭代器失效问题（重点）

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)。

  1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
cpp 复制代码 
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;
}
  1. 指定位置元素的删除操作-erase。

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。

三.vector不支持 流提取与流插入

cpp 复制代码 
int main()
{
	vector<int> v1(10, 0);
	//模拟流提取：从键盘提取值
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		cin >> v1[i];
	}

	//模拟流插入：往屏幕输出值
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

四.vector存储自定义类型

1.存储string

cpp 复制代码 
int main()
{
	//vector存储string
	vector<string> v1;
	string s("hello world");
	v1.push_back(s);
	v1.push_back("hello xzy"); //隐式类型转换

	for (const auto& e : v1) //减少拷贝构造，提高效率
	{
		cout << e << endl;
	}
	cout << endl;

	return 0;
}

2.存储vector：模拟二维数组

  1. 传统开辟二维数组
c 复制代码 
int main()
{
	int** p = (int**)malloc(sizeof(int*) * 3);
	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		p[i] = (int*)malloc(sizeof(int) * 3);
	}

	for (int i = 0; i < 3; i++)
	{
		free(p[i]);
		p[i] = NULL;
	}
	free(p);
	p = NULL;

	return 0;
}
  1. vector模拟二维数组

cpp 复制代码 
template<class T>
class vector
{
public:
	T& operator[](int i)
	{
		return _a[i];
	}
private:
	T* _a;
	size_t size;
	size_t capacity;
};
int main()
{
	//利用vector模拟实现：10 * 5 的二维数组
	vector<int> v(5, 1);
	vector<vector<int>> vv(10, v);
	vv[2][1] = 100;
	//vv.operator[](2).operator[](1) = 100;

	for (int i = 0; i < 10; i++)
	{
		for (int j = 0; j < 5; j++)
		{
			cout << vv[i][j] << " ";
		}
		cout << endl;
	}

	return 0;
}

五.vector------>OJ题

  1. 杨辉三角
  2. 只出现一次的数字
  3. 只出现一次的数字||
  4. 只出现一次的数字|||
  5. 删除有序数组中的重复项
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