【C++庖丁解牛】STL之vector容器的介绍及使用 | vector迭代器的使用 | vector空间增长问题

📙 作者简介 ：RO-BERRY
📗 学习方向：致力于C、C++、数据结构、TCP/IP、数据库等等一系列知识
📒 日后方向 : 偏向于CPP开发以及大数据方向，欢迎各位关注，谢谢各位的支持

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目录

  • 1.1 vector的介绍
  • 2 vector的使用
    • 2.1 vector的定义
    • 2.2 vector的打印
    • 2.3 vector\<char>与string的区别
    • 2.4 vector的迭代器
      • const对象使用const迭代器进行遍历打印
      • 使用迭代器进行遍历打印
      • 使用迭代器进行修改
      • 使用反向迭代器进行遍历再打印
    • 2.5 vector 空间增长问题
      • vector的resize
      • 测试vector的默认扩容机制
      • reserve提前扩容
    • 2.6 vector 增删查改
      • 尾插和尾删：push_back/pop_back
      • insert和erase，以及查找find
      • operator[]+index

1.1 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也采用的连续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，而且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存储它的元素。当新元素插入时候，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. 与其它动态序列容器相比（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。

可以理解成vector就是一个顺序表，后面跟着的是其存储的数据类型，连续存储的空间
使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展 ，那么下面学习vector，我们也是按照这个方法去学习

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
	// 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);                         // a copy of second
	vector<int> fourth(second.begin(), second.end());  // iterating through second

	// 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));

2.2 vector的打印

这部分内容与string相类似，主要分为：

  1. for+operator[]
  2. 迭代器打印
  3. 范围for
void test1()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

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

	vector<int>::iterator it1 = v.begin();
	while (it1 != v.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		++it1;
	}
	cout << endl;
	
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

}

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2.3 vector<char>与string的区别

我们可以看到vector<char>和string都是对字符进行存储管理，并且打印方式均一样，那么他们两个是否就是没区别呢？

vector和string都是C++中的容器，但它们有一些区别:

  • 数据类型： vector<char>是一个动态数组，可以存储char类型的元素，而string是一个字符串类，可以存储字符串。

  • 存储方式： vector<char>使用连续的内存块来存储元素，而string使用动态分配的内存来存储字符串。

  • 操作方式： vector<char>可以通过下标访问和修改元素，也可以使用迭代器进行遍历。而string提供了更多的字符串操作函数，比如查找、插入、删除等。

  • 字符串处理： string提供了更多的字符串处理功能，比如连接、截取、替换等操作，而vector<char>主要用于存储和处理字符序列。

  • 内存管理： vector<char>需要手动管理内存，包括分配和释放内存空间，而string会自动管理内存，不需要手动释放。

2.4 vector的迭代器

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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const对象使用const迭代器进行遍历打印

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;
}

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

	vector<int>::iterator 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);

2.5 vector 空间增长问题

先了解一下vector的容量空间

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

这里主要对resize进行讲解，其他的均好理解

vector的resize

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';
}

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测试vector的默认扩容机制

原理： 在不手动改变vector的容量capacity的情况下，我们不断往vector中存入数据，vector在size将大于capacity的时候会进行扩容，我们存入的数据与容量相同的时候对容量进行打印输出，对值进行观察便可得到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';
		}
	}
}

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  • 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。

reserve提前扩容

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';
		}
	}
}

2.6 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

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;
}

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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;
}

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operator[]+index

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+[]小标方式遍历
	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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