vector初识——从动态数组到STL核心容器

本文代码已同步Github

一、为什么需要vector

vector的本质就是动态数组，为什么不使用原始数组呢？

核心原因有以下三点：

自动管理内存 ：彻底告别手动 new[] 和 delete[]，杜绝内存泄漏，析构时自动清理。
极致的访问速度 ：内存连续，对 CPU 缓存极其友好，遍历和随机访问（[]）速度是所有容器中最快的之一。
动态扩容且零开销 ：既能像数组一样支持 O(1) 的随机访问，又能动态增减长度，且可通过 .data() 无缝传递给底层 C 接口。

总结一下：在绝大多数**"尾部增删，随机访问"**的情况下，vector是最好的默认选择

二、vector的介绍

C++ STL 中的 vector 是一个封装了动态大小数组的顺序容器（序列容器）。

它的核心本质是**"可以自动扩容的数组"**，在内存中占据连续的内存空间。

核心特性（三大支柱）

动态扩容 ：元素个数可以随时变化。当空间不足时，vector 会自动分配一块更大的新内存（通常按当前容量的 2倍或 1.5倍 增长），将旧元素拷贝/移动过去，然后释放旧空间。

连续存储 ：所有元素在内存中紧挨着排列，因此支持快速的随机访问 （通过 [] 或 at() 访问元素的时间复杂度为 O(1)）。

尾部高效 ：在末尾添加或删除元素（push_back / pop_back）非常快（均摊时间复杂度为 O(1)）。

总结一下：如果需要一个能灵活增加元素 、访问速度快 且内存连续 的容器，vector是最优先考虑的选择

三、常用接口

vector的使用参考文档

与string不同的是，vector的接口简洁了很多，只保留了核心接口；

1、默认成员函数

首先来看构造函数

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
vector (const vector& x);（重点）	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last);	使用迭代器进行初始化构造

构造函数有四个，我们逐个来使用

v1为空，v2为里面有10个1，v3同样也有10个1，v4有5个1；

当然，vector中不仅能存放内置类型，同样也能存放自定义类型；

接着来看析构函数

析构函数就是在vector对象生命周期结束时清理资源，自动调用；

最后来看赋值重载运算符

注：两个已经存在的对象 赋值才会调用赋值运算符重载函数；否则会调用拷贝构造

cpp 复制代码

void test_constructor3()
{
	vector<int> v1(5, 1);
	vector<int> v2;

	//拷贝构造
	vector<int> v3 = v1;

	//赋值重载
	v2 = v1;
}

2、迭代器

我们整理出常用的核心接口：

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，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator

对于迭代器，我们使用遍历来测试

3、容量

给出常用接口

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

size,capacity,empty这些一眼就能看懂是什么意思；

后面的resize和reserve也不陌生，无非就是修改size和capacity

我们先来看resize

通过叙述我们发现：

如果n > size,就会更新size = n，同时根据val的值进行填充；

如果n < size就会把size后面的的元素删掉，同时更新size = n

如果n > capacity就会重新分配存储空间；

我们来测试一下

显然，程序符合上述叙述

接着我们来看reserve

通过叙述我们发现：

如果n > capacity，便会重新分配空间，使capacity = n

其他情况不会引起空间的分配并且capacity不会改变

reserve不会引起size的改变

同样我们来测试一下

显然，当n < capacity时，size和capacity均不会改变

4、元素访问

operator[]是这组函数的核心接口；

operator使得我们像数组一样通过下标来访问元素

我们通过遍历来测试

5、修改操作

同样地，我们整理出核心接口

vector 增删查改	接口说明
push_back（重点）	尾插
pop_back（重点）	尾删
find	查找。（注意这个是算法模块实现，不是 vector 的成员接口）
insert	在 position 之前插入 val
erase	删除 position 位置的数据
swap	交换两个 vector 的数据空间

根据string的经验，push_back和pop_back也就是尾插和尾删

而find是<algorithm.h>中的查找，非成员函数；

insert和erase同理；

我们来观察一下insert和erase的参数

cpp 复制代码

//single element (1)	
iterator insert (iterator position, const value_type& val);
//fill (2)	
void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);


iterator erase (iterator position);
iterator erase (iterator first, iterator last)

发现参数全部都是迭代器的形式；因此在调用这些接口时要传入迭代器；

最后来看swap

swap不仅交换数据，在交换前会判断扩容，开好空间之后再进行交换

下面我们来测试一下

6、非成员函数

非成员函数包含比较函数 和交换函数

交换函数本质上和修改操作 中的swap一样

下面我们来测试一下比较函数

四、vector的扩容机制

1、空间增长问题

我们先来测试一下vector的扩容机制

在Visual Stdio的环境下，capacity是按照1.5倍进行扩容的；

而在g++下，则是按照2倍扩容的；

cpp 复制代码

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

那么，该怎样避免多次扩容导致效率低下的问题呢？

如果已经确定vector中要存储的元素大概个数，提前开好空间即可

2、区分`reserve`与`resize`

我们通过一张表格来区分

对比维度	reserve(n)	resize(n) / `resize(n, val)`
核心作用	只预留内存空间（改变 `capacity`）	改变元素个数（改变 `size`）
是否构造元素	否。只申请裸内存，不创建任何对象	是。若 `n > size`，会构造新元素（默认值或 `val`）；若 `n < size`，会析构尾部多余元素
对 size() 影响	不变（只影响 `capacity`）	改变（`size()` 直接变成 `n`）
能否用 \[\] 访问	不能。`reserve` 后 `size` 没变，访问 `v[i]`（超出原 `size`）是越界	能。`resize` 后新位置已构造合法对象，可用 `[]` 访问
典型用途	性能优化：提前知道数据总量，一次性分配好内存，避免频繁扩容造成拷贝开销	实际扩容/缩容：业务上需要确确实实增加或减少容器中的元素个数

五、vector的注意事项

reserve 只改容量（capacity），不改元素个数（size），预留后不能直接越界访问。
resize 会改变元素个数（size），增加时会构造默认值，减少时会析构尾部元素。
避免频繁扩容 ：已知数据量时提前 reserve，否则每次扩容都要拷贝/移动所有元素，代价很大。
删除元素后 ：被删位置后的迭代器会失效；size 变小但 capacity 不变，内存不会主动归还。
什么时候用 vector：大多数情况都优先选它（默认容器），除非你频繁在头部/中间插入删除，或需要迭代器长期稳定。

acity），不改元素个数（size）**，预留后不能直接越界访问。

resize 会改变元素个数（size） ，增加时会构造默认值，减少时会析构尾部元素。
避免频繁扩容 ：已知数据量时提前 reserve，否则每次扩容都要拷贝/移动所有元素，代价很大。
删除元素后 ：被删位置后的迭代器会失效；size 变小但 capacity 不变，内存不会主动归还。
什么时候用 vector：大多数情况都优先选它（默认容器），除非你频繁在头部/中间插入删除，或需要迭代器长期稳定。

如果觉得有帮助，可以关注Github项目持续更新

vector初识——从动态数组到STL核心容器

一、为什么需要vector

二、vector的介绍

三、常用接口

1、默认成员函数

2、迭代器

3、容量

4、元素访问

5、修改操作

6、非成员函数

四、vector的扩容机制

1、空间增长问题

2、区分reserve与resize

五、vector的注意事项

2、区分`reserve`与`resize`