C++vector类介绍和常用接口说明(超全超详细)

C++忠实粉丝2024-09-05 9:18

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C++vector类的常用接口说明(超全超详细)

收录于专栏【C++语法基础** 】
本专栏旨在分享学习C++的一点学习笔记，欢迎大家在评论区交流讨论💌**

目录

1.vector的介绍

2.vector的使用

2.1vector的定义

[2.2vector iterator的使用](#2.2vector iterator的使用)

2.3vector空间增长问题

[2.4vector 增删查改](#2.4vector 增删查改)

[2.5vector 迭代器失效问题](#2.5vector 迭代器失效问题)

ctor的介绍

std::vector 是 C++ 标准库中的一个动态数组类模板。它提供了类似数组的功能，但大小可以动态调整。以下是 std::vector 的一些主要特点：

动态大小 : 可以自动调整大小，以容纳更多或更少的元素。
连续内存 : 元素在内存中是连续存储的，允许快速随机访问。
插入和删除 : 支持在末尾插入和删除元素，插入和删除操作在其他位置可能会影响性能。
内存管理 : 自动管理内存，不需要手动分配或释放内存。

支持多种操作 : 提供丰富的成员函数，如 push_back()、pop_back()、insert()、erase()、resize() 等，用于管理和操作元素。

std::vector 是实现动态数组和需要灵活大小数据结构时的常用选择。

参考:vector - C++ Reference (cplusplus.com)

2.vector的使用

2.1vector的定义

(constructor)构造函数声明 接口声明
vector() 无参构造
vector(size_type n, const value_type& val = value_type()) 构造并初始化n个val
vector(const vector& x) 拷贝构造
vector(Inputlterator first, Input lterator last) 使用迭代器进行初始化构造

vector构造演示:

cpp 复制代码 
int TestVector1()
{
    // constructors used in the same order as described above:
    vector<int> first;                                // empty vector of ints
    vector<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100
    vector<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through second
    vector<int> fourth(third);                       // a copy of third


    return 0;
}

int main()
{
    TestVector1();
    return 0;
}

参考:vector::vector - C++ Reference (cplusplus.com)

2.2vector iterator的使用

iterator的使用 接口说明
begin + end 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,获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator

vector iterator演示:

cpp 复制代码 
int TestVector2()
{
    int myints[] = { 16,2,77,29 };
    vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));

    cout << "The contents of fifth are:";
    for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)
        cout << ' ' << *it;
    cout << '\n';

    return 0;
}

int main()
{
    TestVector2();
    return 0;
}
cpp 复制代码 
void TestVector3()
{
	// 使用push_back插入4个数据
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	// 使用迭代器进行遍历打印
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	// 使用迭代器进行修改
	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		*it *= 2;
		++it;
	}

	// 使用反向迭代器进行遍历再打印
	// vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	auto rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		++rit;
	}
	cout << endl;

	PrintVector(v);
}


int main()
{
    TestVector3();
    return 0;
}

参考:

vector::begin - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::end - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::rbegin - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::rend - C++ Reference (cplusplus.com)

2.3vector空间增长问题

空间容量 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 改变vector的size
resever 改变vector的capacity

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。

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。

测试vector的默认扩容机制

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';
		}
	}
}

int main()
{
	TestVectorExpand();
    return 0;
}

vs：运行结果：

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

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

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

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
void TestVectorExpandOP()
{
	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';
		}
	}
}

reisze(size_t n, const T& data = T())
将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充
注意：resize在增多元素个数时可能会扩容

cpp 复制代码 
// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 将有效元素个数设置为n个，如果时增多时，增多的元素使用data进行填充
// 注意：resize在增多元素个数时可能会扩容
void TestVector4()
{
	vector<int> v;

	// set some initial content:
	for (int i = 1; i < 10; i++)
		v.push_back(i);

	v.resize(5);
	v.resize(8, 100);
	v.resize(12);

	cout << "v contains:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
		cout << ' ' << v[i];
	cout << '\n';
}


int main()
{
	TestVector4();
    return 0;
}

参考:vector::reserve - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::resize - C++ Reference (cplusplus.com)

2.4vector 增删查改

vector增删查改 接口说明
push_back 尾插
pop_back 尾删
find 查找(注意这个时算法模块实现,不是vector的成员接口)
insert 再position前插入val
erase 删除position位置的数据
swap 交换两个vector的数据空间
operator[] 像数组一样访问

vector的增删改查:

尾插和尾删：push_back/pop_back

cpp 复制代码 
void TestVector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();

	it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

任意位置插入：insert和erase，以及查找find
注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法

cpp 复制代码 
// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector6()
{
	// 使用列表方式初始化，C++11新语法
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };

	// 在指定位置前插入值为val的元素，比如：3之前插入30,如果没有则不插入
	// 1. 先使用find查找3所在位置
	// 注意：vector没有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局find
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		// 2. 在pos位置之前插入30
		v.insert(pos, 30);
	}

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

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);

	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}



int main()
{
	TestVector6();
    return 0;
}

参考:

vector::push_back - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::pop_back - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::insert - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::erase - C++ Reference (cplusplus.com)

vector::swap - C++ Reference (cplusplus.com)

2.5vector 迭代器失效问题

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(如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。

对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

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。

// 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。

2. 指定位置元素的删除操作--erase

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
	v.erase(pos);
	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
	return 0;
}

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。

正确使用erase:

cpp 复制代码 
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
//错误使用
//int main()
//{
//	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
//	auto it = v.begin();
//	while (it != v.end())
//	{
//		if (*it % 2 == 0)
//			v.erase(it);
//		++it;
//	}
//	return 0;
//}
//正确使用
int main()
{
	vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };
	auto it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			it = v.erase(it);
		else
			++it;
	}
	return 0;
}

3.与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

cpp 复制代码 
#include <iostream>
#include <string>

using namespace std;

void TestString()
{
	string s("hello");
	auto it = s.begin();
	// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
   // 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
   // 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
   //s.resize(20, '!');
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}
	cout << endl;
	it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		it = s.erase(it);
		// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
		// it位置的迭代器就失效了
		// s.erase(it);  
		++it;
	}
}
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