C++ vector容器完全指南

好的！以下是关于C++中vector容器的详细指南：

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一、vector基础

vector是C++标准模板库（STL）提供的动态数组，支持自动扩容和随机访问。其核心特性包括：

1. 连续内存存储：元素在内存中连续分布，支持指针算术。
2. 动态大小：无需预先指定长度，可运行时调整。
3. 时间复杂度 ：
   • 随机访问：O(1)
   • 尾部插入/删除：均摊O(1)
   • 中间插入/删除：O(n)

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二、基本操作

1. 初始化

#include <vector>
using namespace std;

// 空vector
vector<int> vec1; 

// 指定长度和初始值
vector<int> vec2(5, 0); // {0, 0, 0, 0, 0}

// 从数组初始化
int arr[] = {1, 2, 3};
vector<int> vec3(arr, arr + 3); // {1, 2, 3}

// 列表初始化（C++11）
vector<int> vec4 = {4, 5, 6};

2. 常用方法

方法	功能	示例
push_back()	尾部添加元素	vec.push_back(10);
pop_back()	删除尾部元素	vec.pop_back();
size()	返回元素数量	int len = vec.size();
empty()	判断是否为空	if (vec.empty()) {...}
clear()	清空所有元素	vec.clear();
resize(n)	调整容器大小	vec.resize(10);

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三、内存管理与性能

1. 扩容机制

• 当容量不足时，vector会分配新内存（通常为原大小的2倍），复制元素并释放旧内存。

• 可通过capacity()查看当前容量：

  vector<int> vec;
  cout << "Capacity: " << vec.capacity(); // 初始为0
  vec.push_back(1); // 容量变为1

2. 预分配内存

使用reserve()避免频繁扩容：

vector<int> vec;
vec.reserve(100); // 预分配100个元素空间
// 后续插入100个元素不会触发扩容

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四、迭代器与访问

1. 迭代器遍历

vector<int> vec = {10, 20, 30};
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
    cout << *it << " "; // 10 20 30
}

2. 随机访问

cout << vec[0];    // 索引访问（不检查边界）
cout << vec.at(1); // 边界检查访问，越界抛出异常

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五、高效操作技巧

1. 使用emplace_back替代push_back

• emplace_back直接构造元素，避免临时对象拷贝：

  vector<pair<int, string>> vec;
  vec.emplace_back(1, "Alice"); // 直接构造pair

2. 避免在循环中插入

以下操作可能多次触发扩容：

// 低效写法
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    vec.push_back(i); // 可能多次扩容
}

// 高效写法
vec.reserve(10000);
for (int i = 0; i < 10000; i++) {
    vec.push_back(i);
}

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六、删除元素

1. erase方法

删除指定位置元素：

vector<int> vec = {1, 2, 3, 4};
auto it = vec.begin() + 2;
vec.erase(it); // 删除第三个元素（索引2）

2. 删除特定值（erase + remove）

vector<int> vec = {1, 2, 2, 3, 4};
vec.erase(remove(vec.begin(), vec.end(), 2), vec.end());
// 结果：{1, 3, 4}

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七、应用场景

1. 替代原生数组：更安全、功能更强。
2. 动态数据集合：如实时接收传感器数据。
3. 算法实现：如图论中的邻接表存储。

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八、注意事项

1. 迭代器失效：插入/删除操作可能使迭代器失效。
2. 线程安全：多线程环境下需自行加锁。
3. 存储大对象 ：建议存储指针或使用std::move转移所有权。

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通过灵活运用vector，可显著提升C++程序的开发效率和性能。