【C++初阶】第九站：vector的介绍及使用

前言：

🎯个人博客：Dream_Chaser

🎈博客专栏：C++

📚本篇内容：vector的介绍及使用

一、vector的介绍

二、vector的使用

1.vector的定义

2.vector iterator(迭代器)的使用

begin和end(正向迭代器)

rbegin和rend(反向迭代器)

3.vector 空间增长问题

size和capacity

max_size

reserve和resize

empty

4.vector 增删查改

push_back和pop_back

insert

find

erase

clear 和 shrink_to_fit

一、vector的介绍

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。

二、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。

1.vector的定义

方式一：创建一个空的整数容器v1，不包含任何元素

vector<int> v1;

方式二：创建一个包含10个初始值为0的整数的容器v2

vector<int> v2(10, 0);

方式三：创建一个容器v3，其元素是通过复制v2容器的起始位置到结束位置的元素而来(v3包含了v2的所有元素)

vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());

方式四：创建一个整数容器v4，其元素是通过将字符串s的字符转换为对应的ASCII码并复制而来

字符串迭代器在此上下文中会依次指向每个字符，因此v4包含了s中每个字符的ASCII值

// 创建一个字符串s，内容为"hello world"
string str("hello world");
vector<int> v4(str.begin(),str.end());

方式五： v5通过拷贝构造函数初始化，包含与v4相同的元素

vector<int> v5(v4);// 创建一个容器v5，它是容器v4的一个副本

2.vector iterator(迭代器)的使用

for循环的遍历方式

void test_vector1()
{
	vector<int> v1;
	vector<int> v2(10, 0);
	vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());
    //for循环遍历
	for (size_t i = 0; i < v3.size(); i++)
	{
		cout << v3[i] << " ";
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	test_vector1();
}

begin和end(正向迭代器)

begin函数返回指向容器内第一个元素的迭代器，end函数返回指向vector容器中末尾元素的下一个位置的迭代器。

正向迭代器遍历容器：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector1()
{
	string str("hello world");
	vector<int> v4(str.begin(),str.end());
	vector<int>::iterator it = v4.begin();
//	auto it = v4.begin();
	while (it != v4.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

rbegin和rend(反向迭代器)

rbegin：返回一个指向容器中的最后一个位置的元素的迭代器

rend：返回一个指向容器中的第一个位置的元素的前一个元素的迭代器

反向迭代器遍历容器：

#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector1()
{
    vector<int>::reverse_iterator rit = v4.rbegin();
    while (rit != v4.rend())
    {
	    cout << *rit << " ";
	    ++rit;
    }
}

范围for方式遍历

void test_vector1()
{
	string str("hello world");
	vector<int> v4(str.begin(),str.end());
	vector<int> v5(v4);
	for (auto e : v5)
	{
		cout << e << " " ;
	}
	cout << endl;
}

3.vector 空间增长问题

size和capacity

通过size函数获取当前容器中的有效元素个数，通过capacity函数获取当前容器的最大容量。

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

int main()
{
	vector<int> v(10, 2);
	cout << v.size() << endl; //获取当前容器中的有效元素个数
	cout << v.capacity() << endl; //获取当前容器的最大容量
	return 0;
}

vs2019和g++扩容机制的对比：

//在两种不同的编译器下使用相同的代码
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector2()
{
	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<<endl;
		}
	}
}
int main()
{
	test_vector2();
}

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。

max_size

是一个固定的值：

reserve和resize

reserve函数改变容器的最大容量，resize函数改变容器中的有效元素个数。

reserve规则：

n>capacity:如果n大于当前容器的容量，该函数使容器重新分配存储空间，将其容量增加到n(或更大)。

n <= capacity:其他情况来说，该函数不会影响容器重新分配存储空间和容器的容量不会受到影响。

该函数不会影响容器的有效数据个数（size）和不会改变它原本的元素。

如果说需要提前开好空间，避免频繁扩容，就可以使用reserve函数：

// 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 test_vector2()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
	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<<endl;
		}
	}
}

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。

以下这种情况 可以访问吗：

不能，这里虽然空间是开出来了，但不能访问，原因是这个[ ]里面加了个断言，访问的下标必须是小于size，（此时的size应该为0，因为reserve不改变size），顺序表与数组有个区别，有个规定：你的数据必须是0到size-1，访问数据时是连续访问的，所以你只能访问0 - size-1的数据,报错就报在这个断言上面了：

那我要想访问这个数据怎么办呢？换成resize。

resize规则：

n < size:如果n小于当前容器的有效数据个数，它的内容被简化为前n个元素，移除后面的元素(并
摧毁它们)

n>size:如果n大于当前容器的有效数据个数，它的内容通过在末尾插入尽可能多的元素来扩展内容，使其大小达到n

如果指定了val，那么新添加的元素将被初始化为val的副本；否则，它们将进行值初始化。

如果n也大于当前容器的capacity，则会自动重新分配已分配的存储空间。

请注意，此函数通过插入或删除元素来改变容器的实际内容。

resize 在开空间的同时还会进行初始化，影响 size 。

empty

通过empty函数判断当前容器是否为空。

4.vector 增删查改

push_back和pop_back

push_back：在容器的最后一个元素之后添加一个新元素。将val的内容复制(或移动)到新元素中。

pop_back：删除容器中的最后一个元素，有效地将容器大小减少1。

void test_vector4()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(4);
	v.push_back(3);
	v.push_back(2);
	v.push_back(1);
	//使用范围for遍历
	cout << "遍历：" << endl;
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
    v.pop_back();
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
}

insert

insert:通过在指定位置的元素之前插入新元素，可以有效地增加容器的大小。

void test_vector4()
{ 
    cout << "头插：" << endl;
	v.insert(v.begin(),0);//头插
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

find

返回范围[first,last)中与val相等的第一个元素的迭代器。如果没有找到这样的元素，则返回last。

如果说此时我要在3前面插入一个元素，我们可以发现vector没写对应的find，但是我们可以在全局（algorithm）找到一个find，这对于string、vector、list等容器都是通用的，只是说可能string的需求更复杂一点，需要单独去给string实现它的find。

test_vector4(){    
    cout << "在值为3前面的位置插入值为30的元素：";
	auto it = find(v.begin(),v.end(),3);//这里返回的指向3这个元素的的位置的迭代器
	if (it != v.end())
	{	//在下标为3的位置插入
		v.insert(it,30);//把元素3挤到后面一个位置
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

erase

erase:从容器中删除一个元素(位置)或一个元素范围([第一，最后)]。

test_vector4()
{
    cout << "删除值为3的元素：";
	//返回值指向值为3的元素的迭代器,此迭代器指向了元素为3的这个位置
	it = find(v.begin(),v.end(),3);//下标为2
 	if (it != v.end())
	{
		v.erase(it);//it=2
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}