C++笔记 STL——vector

在 C++ 的 STL（标准模板库）中，vector 是最常用、最基础的序列式容器，本质是动态数组。它解决了传统静态数组长度固定、无法灵活扩容的痛点，支持随机访问、尾部高效增删元素，是开发中处理可变长度数组的首选工具。

本文从基础概念、核心操作、常用 API、底层原理、使用场景五个维度，整理 vector 的核心知识点，适合学习和复习使用。

一、vector 基础认知

示例：

表格

方法	作用
`size()`	获取元素个数
`empty()`	判断是否为空（空返回 true）
`capacity()`	获取当前容量
`resize(n)`	调整元素个数为 n，多删少补 0
`reserve(n)`	预分配容量，避免频繁扩容
`shrink_to_fit()`	释放多余容量，capacity=size

本质：封装了动态数组的类模板，内存连续存放，支持随机访问（和数组一样通过下标访问元素）。
特点：
- 内存自动管理，无需手动释放；
- 支持动态扩容（元素超出容量时自动分配更大内存）；
- 尾部增删元素效率极高，中间 / 头部增删需要移动元素，效率较低；
- 迭代器支持随机访问。

头文件 ：使用 vector 必须包含头文件

cpp 复制代码

#include <vector>
using namespace std;  // 日常开发常用，简化代码

二、vector 的定义与初始化

vector 支持多种初始化方式，覆盖开发中绝大多数场景：

cpp 复制代码

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

int main() {
    // 1. 空容器初始化（最常用）
    vector<int> v1;

    // 2. 指定容量，初始值为0（数值类型）
    vector<int> v2(5);  // 5个元素，值都为0

    // 3. 指定容量+初始值
    vector<int> v3(5, 10);  // 5个元素，值都为10

    // 4. 列表初始化（C++11及以上）
    vector<int> v4 = {1,2,3,4,5};
    vector<int> v5{1,2,3};

    // 5. 拷贝初始化
    vector<int> v6(v4);  // 拷贝v4所有元素

    // 6. 区间初始化
    vector<int> v7(v4.begin(), v4.begin()+3);  // 拷贝v4前3个元素

    return 0;
}

三、vector 核心常用 API

vector 的 API 分为访问元素、增删元素、容量操作、迭代器四大类，是必须掌握的核心。

1. 元素访问

表格

方法	作用	备注
`v[i]`	访问第 i 个元素	不检查越界，效率高
`v.at(i)`	访问第 i 个元素	检查越界，越界抛异常
`v.front()`	获取第一个元素	容器非空时使用
`v.back()`	获取最后一个元素	容器非空时使用
`v.data()`	获取底层数组首地址	用于兼容 C 语言接口

示例：

cpp 复制代码

vector<int> v = {10,20,30};
cout << v[1] << endl;      // 20
cout << v.at(2) << endl;   // 30
cout << v.front() << endl; // 10
cout << v.back() << endl;  // 30

2. 增加元素

表格

方法	作用	效率
`push_back(val)`	尾部添加元素	极高（O (1)）
`emplace_back(val)`	尾部原位构造元素	C++11，比 push_back 更高效
`insert(pos, val)`	在迭代器 pos 处插入元素	低（O (n)，需移动元素）
`insert(pos, n, val)`	在 pos 处插入 n 个 val	低

示例：

cpp 复制代码

vector<int> v;
v.push_back(1);   // 尾部加1
v.emplace_back(2); // 尾部加2，推荐使用
v.insert(v.begin(), 0); // 头部插入0
v.insert(v.end(), 2, 3); // 尾部插入两个3
// 最终：0,1,2,3,3

3. 删除元素

表格

方法	作用
`pop_back()`	删除最后一个元素
`erase(pos)`	删除迭代器 pos 指向的元素
`erase(beg, end)`	删除区间 [beg,end) 内的元素
`clear()`	清空所有元素（容量不变）

示例：

cpp 复制代码

vector<int> v = {1,2,3,4,5};
v.pop_back();    // 删除5
v.erase(v.begin()+1); // 删除2
v.clear();       // 清空所有元素

4. 容量与大小操作

区分两个核心概念：

size ：当前容器中实际元素的个数；
capacity ：容器当前能容纳的最大元素个数（已分配的内存）。

表格

方法	作用
`size()`	获取元素个数
`empty()`	判断是否为空（空返回 true）
`capacity()`	获取当前容量
`resize(n)`	调整元素个数为 n，多删少补 0
`reserve(n)`	预分配容量，避免频繁扩容
`shrink_to_fit()`	释放多余容量，capacity=size

示例：

cpp 复制代码

vector<int> v;
v.reserve(10); // 预分配10个元素的容量，提升效率
v.push_back(1);
cout << v.size() << endl;  // 1
cout << v.capacity() << endl; // 10
v.resize(5);  // 元素个数变为5，新增元素默认0

5. 迭代器（遍历专用）

vector 的迭代器是随机访问迭代器 ，支持++、--、+、-操作，和指针用法几乎一致。

常用遍历方式：

cpp 复制代码

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

// 方式1：下标遍历（最简单）
for(int i=0; i<v.size(); i++){
    cout << v[i] << " ";
}

// 方式2：迭代器遍历（通用，所有容器都支持）
for(vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it++){
    cout << *it << " ";
}

// 方式3：C++11范围for（最简洁）
for(int num : v){
    cout << num << " ";
}

四、vector 底层原理：动态扩容机制

vector 的核心优势是动态扩容 ，但扩容不是按需增加，而是成倍分配内存（不同编译器规则不同）：

VS 编译器：扩容为原来的 1.5 倍；
GCC 编译器：扩容为原来的 2 倍。

扩容流程：

当size == capacity时，再次插入元素会触发扩容；
申请一块更大的连续内存；
将旧内存的所有元素拷贝 / 移动到新内存；
释放旧内存，更新迭代器、指针、引用。

⚠️ 注意：扩容会导致原有迭代器、指针、引用全部失效，使用时需要特别注意。

✅ 优化建议 ：提前知道元素数量时，用reserve()预分配容量，避免多次扩容。

五、vector 存放自定义数据类型

vector 不仅能存放基本数据类型，还能存放自定义类、结构体：

cpp 复制代码

#include <string>
// 自定义结构体
struct Student {
    string name;
    int age;
};

int main() {
    vector<Student> v;
    Student s1 = {"张三", 18};
    v.push_back(s1);
    // 访问自定义类型成员
    cout << v[0].name << " " << v[0].age << endl;
    return 0;
}

六、vector 常用算法

配合<algorithm>头文件，可直接使用 STL 算法操作 vector：

cpp 复制代码

#include <algorithm>
vector<int> v = {3,1,4,1,5};

sort(v.begin(), v.end());       // 升序排序
reverse(v.begin(), v.end());    // 反转元素
find(v.begin(), v.end(), 4);    // 查找元素4

七、vector 使用注意事项

避免在循环中频繁push_back，优先用reserve预分配；
中间 / 头部插入 / 删除效率低，大量操作时建议用list；
扩容后，旧的迭代器、指针、引用会失效，需要重新获取；
访问元素优先用[]（高效），需要安全检查时用at()；
clear()只清空元素，不释放内存，想释放内存用shrink_to_fit()。

八、适用场景

需要随机访问元素（通过下标快速读取）；
元素个数不确定，需要动态扩容；
主要在尾部增删元素；
替代传统静态数组，简化内存管理。

总结

vector 是连续内存的动态数组，支持随机访问，尾部增删高效；
核心 API：push_back、pop_back、insert、erase、size、capacity；
区分size（元素个数）和capacity（容量），reserve预分配容量优化性能；
扩容会成倍分配内存，导致旧迭代器失效；
是 STL 最常用容器，优先用于动态数组场景。