C++(STL):07---vector之使用方式和常规用法

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C++(STL):07---vector之使用方式和常规用法

原创 高司机 游戏开发司机 2020-12-13

简单两三句话说下vector（一般领导讲话都说简单说两句，结果说了一个钟头）：

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（deques, lists and forward_lists）， 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lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

vector声明及初始化

vector<int> vec;		//声明一个int型向量
vector<int> vec(5);		//声明一个初始大小为5的int向量
vector<int> vec(10, 1);	//声明一个初始大小为10且值都是1的向量
vector<int> vec(tmp);	//声明并用tmp向量初始化vec向量
vector<int> tmp(vec.begin(), vec.begin() + 3);	//用向量vec的第0个到第2个值初始化tmp
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};	
vector<int> vec(arr, arr + 5);		//将arr数组的元素用于初始化vec向量
//说明：当然不包括arr[4]元素，末尾指针都是指结束元素的下一个元素，
//这个主要是为了和vec.end()指针统一。
vector<int> vec(&arr[1], &arr[4]); //将arr[1]~arr[4]范围内的元素作为vec的初始值

vector基本操作

(1). 容量

• 向量大小：vec.size();

• 向量最大容量：vec.max_size();

• 更改向量大小：vec.resize();

• 向量真实大小：vec.capacity();

• 向量判空：vec.empty();

• 减少向量大小到满足元素所占存储空间的大小：vec.shrink_to_fit(); //shrink_to_fit

(2). 修改

• 多个元素赋值：vec.assign(); //类似于初始化时用数组进行赋值

• 末尾添加元素：vec.push_back();

• 末尾删除元素：vec.pop_back();

• 任意位置插入元素：vec.insert();

• 任意位置删除元素：vec.erase();

• 交换两个向量的元素：vec.swap();

• 清空向量元素：vec.clear();

(3)迭代器

• 开始指针：vec.begin();

• 末尾指针：vec.end(); //指向最后一个元素的下一个位置

• 指向常量的开始指针：vec.cbegin(); //意思就是不能通过这个指针来修改所指的内容，但还是可以通过其他方式修改的，而且指针也是可以移动的。

• 指向常量的末尾指针：vec.cend();

(4)元素的访问

• 下标访问：vec[1]; //并不会检查是否越界

• at方法访问：vec.at(1); //以上两者的区别就是at会检查是否越界，是则抛出out of range异常

• 访问第一个元素：vec.front();

• 访问最后一个元素：vec.back();

• 返回一个指针：int* p = vec.data(); //可行的原因在于vector在内存中就是一个连续存储的数组，所以可以返回一个指针指向这个数组。这是是C++11的特性。

vector容器迭代器的独特之处

vector 容器可以随着存储元素的增加，自行申请更多的存储空间。因此，在创建 vector 对象时，我们可以直接创建一个空的 vector 容器，并不会影响后续使用该容器。
但这会产生一个问题，即在初始化空的 vector 容器时，不能使用迭代器。也就是说，如下初始化 vector 容器的方法是不行的：

#include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main(){vector<int>values;int val = 1;for (auto first = values.begin(); first < values.end(); ++first, val++) {*first = val;//初始化的同时输出值cout << *first;}return 0;}

运行程序可以看到，什么也没有输出。这是因为，对于空的 vector 容器来说，begin() 和 end() 成员函数返回的迭代器是相等的，即它们指向的是同一个位置。

所以，对于空的 vector 容器来说，可以通过调用 push_back() 或者借助 resize() 成员函数实现初始化容器的目的。

除此之外，vector 容器在申请更多内存的同时，容器中的所有元素可能会被复制或移动到新的内存地址，这会导致之前创建的迭代器失效。

举个例子：

#include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main(){vector<int>values{1,2,3};cout << "values 容器首个元素的地址：" << values.data() << endl;auto first = values.begin();auto end = values.end();//增加 values 的容量values.reserve(20);cout << "values 容器首个元素的地址：" << values.data() << endl;while (first != end) {cout << *first;++first;}return 0;}

运行程序，显示如下信息并崩溃：

values 容器首个元素的地址：0096DFE8values 容器首个元素的地址：00965560

可以看到，values 容器在增加容量之后，首个元素的存储地址发生了改变，此时再使用先前创建的迭代器，显然是错误的。因此，为了保险起见，每当 vector 容器的容量发生变化时，我们都要对之前创建的迭代器重新初始化一遍： 

#include <iostream>#include <vector>using namespace std;int main(){vector<int>values{1,2,3};cout << "values 容器首个元素的地址：" << values.data() << endl;auto first = values.begin();auto end = values.end();//增加 values 的容量values.reserve(20);cout << "values 容器首个元素的地址：" << values.data() << endl;first = values.begin();end = values.end();while (first != end) {cout << *first ;++first;}return 0;}

运行结果为：

values 容器首个元素的地址：0164DBE8values 容器首个元素的地址：01645560123