【C++】vector

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1. vector 的介绍

vector的文档介绍

  1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
  2. 就像数组一样，vector也采用连续的存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而它的大小会被容器自动处理。
  3. 本质讲，vector使用动态分配数组来储存它的元素。当新元素插入时，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
  4. vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
  5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
  6. 与其他动态序列容器相比（deque, list and forward_list），vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好。

使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展，下面我们也按照这个方法去学习vector。

2. vector 的使用

vector学习时一定要学会查看文档：vector的文档介绍，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

2.1 vector 的定义

(constructor)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

vector的构造代码演示：


//    vector的构造

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

    // 下面涉及迭代器初始化的部分，我们学习完迭代器再来看这部分
    // the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
    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;
}

2.2 vector iterator 的使用

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

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vector的迭代器使用代码演示：


//  vector的迭代器

void PrintVector(const vector<int>& v)
{
   
	// const对象使用const迭代器进行遍历打印
	vector<int>::const_iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
   
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

void TestVector2()
{
   
	// 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);
}

2.3 vector 的空间增长问题

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
  • 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
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';
		}
	}
}

vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making v grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141

g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making v 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
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';
		}
	}
}

vector容量接口使用代码演示：


//  vector的resize 和 reserve

// 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 TestVector3()
{
   
	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';
}

2.3 vector 增删查改

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
operator[]（重点） 像数组一样访问

vector插入和删除操作代码演示：


//  vector的增删改查

// 尾插和尾删：push_back/pop_back
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
void TestVector5()
{
   
	// 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;
}

// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
void TestVector6()
{
   
	vector<int> v{
    1, 2, 3, 4 };

	// 通过[]读写第0个位置。
	v[0] = 10;
	cout << v[0] << endl;

	// 1. 使用for+[]下标方式遍历
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;

	vector<int> swapv;
	swapv.swap(v);

	cout << "v data:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;

	// 2. 使用迭代器遍历
	cout << "swapv data:";
	auto it = swapv.begin();
	while (it != swapv.end())
	{
   
		cout << *it << " ";
		++it;
	}

	// 3. 使用范围for遍历
	for (auto x : v)
		cout << x << " ";
	cout << endl;
}
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