Hello~同学们好，本文将深入探讨 C++ 中的 vector 容器，作为标准模板库（STL）中最常用的动态数组之一，vector 提供了灵活的元素存储和高效的访问方法。我们将从基础知识入手，逐步学习其创建、初始化、遍历、空间管理以及增删查改等操作。通过详细的示例和解析，希望能够帮助读者全面理解和掌握 vector 的使用技巧和注意事项。

一:vector简介

vector文档

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。

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

二:vector的创建和初始化

要包头文件#include

// 默认构造函数，创建一个空的 vectorvector<int>v1;// 创建一个包含 4 个默认初始化元素（值为 0）的 vectorvector<int>v2(4);// 创建一个包含 4 个元素，每个元素初始化为 10 的 vectorvector<int>v3(4,10);// 使用迭代器范围（v3 的起始和结束迭代器）初始化 vector，v4 将包含 v3 的所有元素vector<int>v4(v3.begin(),v3.end());// 拷贝构造函数，创建一个 v2 的副本vector<int>v5(v2);// 使用初始化列表创建 vector，v6 将包含 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 这些元素vector<int>v6 ={ 1,2,3,4,5,6,7};// 使用 std::string 初始化string s1("12345");// 创建一个包含 "12345" 的字符串 s1// 使用 std::string 的迭代器初始化 std::vector// 这里每个 char 会隐式转换为其对应的 int（ASCII 值）vector<int>v3(s1.begin(),s1.end());// 使用字符串的迭代器初始化 vector

vector和string的区别：

std::vector：

• 不自动添加 \0:
  • std::vector 只是一个通用的动态数组容器，它不会在末尾自动添加 \0。你需要手动管理字符串的结束标志。
  • 当你需要将 std::vector 转换为 C 风格字符串时，你必须手动添加一个 \0。

std::string：

• 自动添加 \0:
  • std::string 在内部管理一个以 \0 结尾的字符数组。这个空字符保证了字符串可以直接使用 C 风格字符串的函数。
  • 当你创建或操作 std::string 对象时，\0 是自动添加和管理的，因此不需要手动处理。

三:vector的遍历

1.[]+下标

voidtest_vector1(){ 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;}

看一下结果(push_back后面会将，顾名思义也就是尾插）

调试一下看看

2.at()

at() 函数用于访问vector 中的元素，并进行边界检查。与 operator[] 不同，at() 会在访问越界时抛出 std::out_of_range 异常，因此它比 operator[] 更安全，但稍微有点性能开销。

#include// 引入输入输出流头文件#include// 引入 vector 容器头文件#include// 引入标准异常头文件usingnamespacestd;// 使用标准命名空间intmain(){ vector<int>vec ={ 10,20,30,40,50};// 初始化一个包含五个整数的 vector// 正常访问 vector 的元素try{ for(size_t i =0;i <vec.size();++i){ cout <<"Element at index "<<i <<" is "<<vec.at(i)<<endl;// 使用 at() 函数访问元素}}catch(constout_of_range&e){ cerr <<"Out of range error: "<<e.what()<<endl;// 捕捉并处理越界访问异常}// 尝试访问越界元素try{ cout <<"Element at index 10 is "<<vec.at(10)<<endl;// 访问索引为 10 的元素，这将抛出异常}catch(constout_of_range&e){ cerr <<"Out of range error————"<<e.what()<<endl;// 捕捉并处理越界访问异常}return0;// 返回 0 表示程序正常结束}

3.迭代器遍历

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

迭代器访问+修改

vector<int>v1;// 定义一个空的 vector 容器v1.push_back(1);// 向容器中添加元素 1v1.push_back(2);// 向容器中添加元素 2v1.push_back(3);// 向容器中添加元素 3v1.push_back(4);// 向容器中添加元素 4vector<int>::iterator it =v1.begin();// 初始化迭代器，指向 vector 的起始位置// 使用 while 循环遍历 vector 的元素while(it !=v1.end()){ // 当迭代器未到达 vector 的末尾时继续循环*it -=10;// 将迭代器指向的元素值减去 10cout <<*it <<" ";// 打印当前元素值it++;// 迭代器指向下一个元素}cout <<endl;// 输出换行符

为什么 while (it != v1.end())不能用 it因为在 C++ 中，标准库容器（如 std::vector）的迭代器支持比较操作，但通常是使用 != 而不是 < 来判断迭代器是否已经到达容器的末尾。!= 比较更加直观和符合语义。
使用 < 进行比较可能在某些情况下无效，因为并不是所有迭代器都支持 < 运算符。特别是，对于双向迭代器或更复杂的迭代器（如关联容器中的迭代器），它们不支持这种操作。

注意：vector::iterator it = v1.begin();要用vector::指明是什么类型的迭代器。

4.范围for

voidvector_Traversal_test(){ vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);// 范围forfor(autoe :v){ cout <<e <<" ";}cout <<endl;for(auto&e :v){ e +=10;cout <<e <<" ";}cout <<endl;//范围for实际上是使用迭代器来遍历容器的//把上面两个展开其实是下面两个。for(autoit =v.begin();it !=v.end();++it){ autoe =*it;// 通过迭代器获取当前元素cout <<e <<" ";}cout <<endl;for(autoit =v.begin();it !=v.end();++it){ auto&e =*it;// 通过迭代器获取当前元素的引用e +=10;// 修改元素的值cout <<e <<" ";}cout <<endl;}

四:vector的空间

size	获取数据个数
max_size	容器所能容纳的最大元素数量
capacity	获取容量大小
resize	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity
empty	判断是否为空

1.size

size() 函数返回当前 vector 中的元素个数。

2.max_size

max_size() 函数返回 vector 可以容纳的最大元素数量，这个数量通常是一个非常大的值，取决于系统限制和内存可用性。

3.capacity

capacity() 函数返回当前 vector 内部存储空间的容量，即在重新分配之前可以存储的元素数量。

4.reserve

reserve(n) 函数用于请求 vector 预留足够的存储空间，以容纳至少 n 个元素。这样做可以减少因为容器扩展而导致的重新分配操作，提高插入元素的效率。
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

voidTestVectorExpandOP(){ 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(inti =0;i <100;++i){ v.push_back(i);if(sz !=v.capacity()){ sz =v.capacity();cout <<"capacity changed: "<<sz <<'\n';}}}

5.resize

resize() 函数用于改变 vector 的大小，即容器中元素的数量。它可以根据传入的参数 n，进行不同的操作：

1. 当 n < size 时：
   • 容器尾部多余的元素会被销毁。
   • capacity 不会改变。
2. 当 size <= n <= capacity 时：
   • 容器尾部新增加的元素被初始化为默认值（对于 int 类型，默认值是 0）。
   • capacity 不会改变。
3. 当 n > capacity 时：
   • 容器尾部新增加的元素被初始化为默认值。
   • size 和 capacity 都会变为 n，并且需要重新分配内存来扩展容器的存储空间。

6.empty

empty() 函数检查 vector 是否为空，如果 vector 中没有元素，则返回 true，否则返回 false。

五:vector的增删查改

push_back	尾插
pop_back	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pos位置之前插入数据
erase	删除pos位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
assign	用于将新值分配给向量的元素，替换当前内容，并修改向量的大小

1.push_back

vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);for(autoe :v){ cout <<e <<" ";}cout <<endl;vector<string>v1;v1.push_back(" we");v1.push_back(" all");v1.push_back(" love");v1.push_back(" C++");for(autoe :v1){ cout <<e;}cout <<endl;

2.pop_back

voidtest_vector5(){ vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);for(autoe :v)cout <<e <<" ";cout <<endl;v.pop_back();// 尾删：3for(autoe :v)cout <<e <<" ";cout <<endl;v.pop_back();// 尾删：2for(autoe :v)cout <<e <<" ";cout <<endl;}

3.find

思考:为什么string、map、set、都有自己的find而vector和list没有？

为什么 string、map、set 提供 find 操作？

• std::string：
  • std::string 是一个字符序列，提供 find 操作用于子串查找，这是字符串操作中非常常见的需求。
  • 例如，查找某个子串在字符串中的位置。
• std::map 和 std::set：
  • std::map 和 std::set 是关联容器，基于平衡二叉树（如红黑树）实现。
  • find 操作在这些容器中是核心功能，因为它们的主要用途就是快速查找键。
  • std::map 提供键值对的查找，而 std::set 提供唯一键的查找。
  • 这些容器的查找操作效率是 O(log n)。
    
    为什么 vector 和 list 不提供 find 操作？
• std::vector：
  • std::vector 是一个动态数组，主要用于顺序存储和访问。
  • 查找操作的效率是 O(n)，因为需要线性扫描整个数组。
  • 提供 find 操作在效率上不占优势，因此没有直接提供。
• std::list：
  • std::list 是一个双向链表，适用于频繁插入和删除操作。
  • 查找操作的效率同样是 O(n)，因为需要线性扫描链表。
  • 和 vector 类似，提供 find 操作在效率上不占优势，因此没有直接提供。

#includevoidtest_vector9(){ vector<int>v;v.push_back(9);v.push_back(9);v.push_back(6);vector<int>::iterator it =find(v.begin(),v.end(),6);if(it !=v.end()){ cout <<"找到啦"<<endl;cout <<*it <<endl;}}

4.insert

voidtest_vector9(){ vector<int>v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);v.push_back(5);v.push_back(6);autoit1 =v.begin()+2;//在第三个位置插入v.insert(it1,100);for(autoe :v){ cout <<e <<" ";}//1 2 100 3 4 5 6cout <<endl;autoit2 =v.begin()+4;v.insert(it2,3,90);//在第五个位置插入3个90for(autoe :v){ cout <<e <<" ";}//1 2 100 3 90 90 90 4 5 6cout <<endl;vector<int>vec1 ={ 1,2,6};vector<int>vec2 ={ 3,4,5};autoit3 =vec1.begin()+2;// 在第三个位置插入元素vec1.insert(it3,vec2.begin(),vec2.end());// 在位置 it 处插入 vec2 的所有元素// 现在 vec1 = { 1, 2, 3, 4, 5, 6}}

注意：pos的类型都是iterator;

5.erase

vector<int>v { 1,2,3,4,5};// 删除第三个元素autoit =v.erase(v.begin()+2);// v = { 1, 2, 4, 5}for(autoelem :v){ cout <<elem <<" ";}cout <<endl;// 删除第二个到第四个元素autofirst =v.begin()+1;autolast =v.begin()+4;v.erase(first,last);// v = { 1, 5}for(autoelem :v){ cout <<elem <<" ";}cout <<endl;//注意：[first,last) 是左闭右开的区间所以last可以取v.begin() + 4

• 在调用 erase 后，被移除的元素会被析构，相关的内存也会被释放。
• 对于 erase(iterator first, iterator last)，注意 first 和 last 的有效性和顺序，确保不会越界访问或者非法操作。
• 删除元素后，后续的元素会向前移动填补空缺，保持 vector 的连续性。
• erase 操作可能会导致迭代器失效，因此在使用返回的迭代器之前，要确保其仍然有效。

迭代器失效问题我会放在vector模拟实现(下一篇文章)详细讲解。

6.swap

std::vector 提供了一个成员函数 swap，用于交换两个 vector 对象的内容。这个操作可以快速地交换两个容器的元素，而不需要复制它们的内容。

vector<int>v1 { 1,2,3};vector<int>v2 { 4,5,6};// 使用 swap 交换两个 vector 的内容v1.swap(v2);cout <<"After swapping:\n";cout <<"v1: ";for(autoelem :v1){ cout <<elem <<" ";//4 5 6}cout <<"\nv2: ";for(autoelem :v2){ cout <<elem <<" ";//1 2 3}cout <<endl;

效果和注意事项

1. 内容交换：swap 函数会交换两个 vector 对象的所有元素，包括它们的大小（size）和容量（capacity）。
2. 高效性：swap 操作非常高效，因为它只涉及指针的交换，不需要复制元素。这对于大型的 vector 特别有用，可以在不重新分配内存的情况下快速交换数据。
3. 迭代器和引用的影响：swap 操作不会使现有的迭代器、引用和指针失效，因此可以安全地在 swap 后继续使用交换后的 vector 对象。
4. 使用场景：swap 可以用于重新排序或重新组织数据，也可以用于优化内存使用，比如在算法中交换两个 vector 来实现更高效的数据处理流程。
5. 示例：上面的示例展示了如何使用 swap 将两个 vector 对象的内容进行交换，从而在输出中显示了交换后的结果。

总之，std::vector 的 swap 函数是一个非常有用的工具，能够快速、高效地交换两个 vector 对象的内容，适合在需要优化内存使用或者重新组织数据时使用。

7.assign

voiddemonstrate_assign(){ // 创建一个空的 vectorvector<int>v;// 使用 assign(n, value) 方法赋值v.assign(5,10);// 用5个10替换当前内容cout <<"After v.assign(5, 10): ";for(inti :v){ cout <<i <<" ";// 输出: 10 10 10 10 10}cout <<endl;// 使用 assign(first, last) 方法赋值intarr[]={ 1,2,3,4,5};v.assign(arr,arr +3);// 用数组的前3个元素替换当前内容cout <<"After v.assign(arr, arr + 3): ";for(inti :v){ cout <<i <<" ";// 输出: 1 2 3}cout <<endl;// 使用 vector 的迭代器范围赋值vector<int>v2 ={ 7,8,9};v.assign(v2.begin(),v2.end());// 用v2的所有元素替换当前内容cout <<"After v.assign(v2.begin(), v2.end()): ";for(inti :v){ cout <<i <<" ";// 输出: 7 8 9}cout <<endl;}

📜 [ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！