C++ STL入门：vecto容器

C++ STL 系列入门：vector 动态数组

一、vector 容器核心特性

vector 是 C++ 标准库提供的动态数组容器，具有以下显著优势：

自动扩容机制：当插入元素超出当前容量时，自动申请新内存并迁移数据
随机访问效率：支持 O(1) 时间复杂度的下标访问
与原生数组兼容：通过 data() 方法可获取指向底层存储的指针

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#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    // 基础操作演示
    vector<int> v;

二、容器初始化与容量管理

1. 构造方式对比

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    // 默认构造：空容器
    vector<int> v1; 

    // 指定大小构造（元素默认初始化）
    vector<int> v2(10); 

    // 指定大小+初始值构造
    vector<int> v3(10, 2); // 10个值为2的元素

    // 迭代器区间构造（可用于复制其他容器）
    vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());

2. 容量操作函数

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    v.resize(10);  // 调整元素数量：若增大则填充默认值
    cout << "当前元素数：" << v.size() << endl; // 输出10
    cout << "当前存储容量：" << v.capacity() << endl; // 容量≥size()

    v.reserve(20); // 显式预留存储空间（避免多次扩容）

扩容机制解析 ：

当未显式预留空间时，vector 扩容策略通常是当前容量的两倍。例如初始容量5，push_back第6个元素时，容器会重新分配10个元素的内存空间。

三、元素访问与修改

1. 下标访问 vs 迭代器访问

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    // 下标赋值
    for(int i=0; i<10; i++) {
        v[i] = i+1; // 支持[]运算符随机访问
    }

    // 迭代器遍历（STL标准方式）
    for(auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
        cout << *it << " "; // 解引用访问元素
    }

2. 尾部插入操作

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    v.push_back(11); // 尾插新元素
    cout << "扩容后元素数：" << v.size() << endl; // 输出11
    cout << "扩容后存储容量：" << v.capacity() << endl; // 可能输出20

3. 边界安全访问

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    if(!v.empty()) {
        cout << "首元素：" << v.front() << endl; // front()
        cout << "末元素：" << v.back() << endl;   // back()
    }

四、常见操作时间复杂度分析

操作	时间复杂度	特性说明
push_back()	摊销 O(1)	扩容时 O(n)
pop_back()	O(1)	仅移除不减小容量
insert()	O(n)	中间插入需移动元素
erase()	O(n)	删除后需收缩元素
operator[]	O(1)	无边界检查
at()	O(1)	带边界检查抛出异常

五、典型应用场景

1. 动态数据存储

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vector<int> nums;
int input;
while(cin >> input) {
    nums.push_back(input);  // 自动扩展存储空间
}

2. 算法中间结果保存

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// 寻找数组中消失的数字（LeetCode 448）
vector<int> findDisappearedNumbers(vector<int>& nums) {
    vector<int> result;
    // 算法实现...
    return result;
}

3. 二维矩阵构造

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int m = 3, n = 4;
vector<vector<int>> matrix(m, vector<int>(n, 0)); // 创建3×4矩阵

六、易错点与优化建议

迭代器失效问题

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auto it = v.begin();
v.push_back(100); // 可能触发扩容，导致it失效！
// 正确做法：先执行插入操作再获取迭代器

避免频繁扩容

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vector<int> data;
data.reserve(1000); // 预留空间提升性能
for(int i=0; i<1000; i++) {
    data.push_back(i);
}

空间释放陷阱

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vector<int>(v).swap(v); // 缩小至实际大小

七、延伸知识点

shrink_to_fit()：请求删除未使用容量（C++11）
emplace_back()：原地构造元素（避免拷贝）
data() 方法：获取底层数据指针用于接口交互

配套练习项目 ：
LeetCode 数组系列题目
 CppReference vector文档