C++ Vector 详解

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C++ Vector 详解

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c++ vector

简介

  • vector 是顺序容器的一种,vector 是可变长的动态数组(可存放任意类型),支持随机访问迭代器。所有 STL 算法都能对 vector 进行操作,要使用 vector,需要包含头文件 vector
  • 优点
    • 因其拥有一段连续的内存空间,能非常好的支持随即存取,即[]操作符。
    • 根据下标随机访问某个元素的时间是常数,在尾部添加一个元素的时间大多情况下也是常数,总体来说速度很快
  • 缺点
    • 若要表示的向量长度较长(需要为向量内部保存很多数),容易导致内存泄漏,而且效率会很低
    • 在中间插入或删除元素时,因为要移动多个元素,因此速度较慢,平均花费的时间和容器中的元素个数成正比

函数列表

  • Constructors 构造函数
  • Operators 对vector中的元素赋值或比较
  • assign() // 对vector中的元素赋值
  • at() // 返回指定元素的位置
  • back() // 返回最后一个元素
  • begin() // 返回第一个元素的迭代器
  • capacity() // 返回vector所能容纳的元素数量(在不重新分配内存的情况下)
  • clear() // 清空所有元素
  • empty() // 判断vector是否为空(空返回true)
  • end() // 返回最末元素的迭代器(实指向最末元素的下一个位置)
  • erase() // 删除指定元素
  • front() // 返回第一个元素
  • get_allocator() // 返回vector的内存分配器
  • insert() // 插入元素到vector中
  • max_size() // 返回vector所能容纳元素的最大数量(上限)
  • pop_back() // 移除最后一个元素
  • push_back() // 在vector最后添加一个元素
  • rbegin() // 返回vector尾部的逆迭代器
  • rend() // 返回vector起始的逆迭代器
  • reserve() // 设置vector最小的元素容纳数量
  • resize() // 改变vector元素数量的大小
  • size() // 返回vector元素数量的大小
  • seap() // 交换两个vector

函数详解

  • 构造函数

    • 语法:
      • vector() // 无参构造函数,将容器初始化为空
      • vector(int n) // 将容器初始化为有 n 个元素
      • vector(int n, const T & val) // 假定元素类型为T,此构造函数将容器初始化为有 n 个元素,每个元素的值都是 val
    • 案例
    vector<int> v1(5, 6);  // 构造了包含5个值为6的元素的vector
    复制代码
  • assign 函数

    • 语法:
      • void assign(input_iterator first, input_iterator last); // 将区间[first, last)的元素赋值到当前vector
      • void assign(size_type num, const TYPE & val); // 赋num个值为val的元素到vector中
      • assign函数会清除掉为vector赋值以前的内容
    • 案例
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
        int b[2] = {1, 2};
        vector<int> v1(a, a + 5), v2(b, b + 2), v3;
        vector<int>::iterator iter;
        
        cout<<"v1 = ";
        for(iter = v1.begin(); iter != v1.end(); iter ++)
            cout<<*iter<<" ";
            cout<<endl;
            
        cout<<"v2 = ";
        for(iter = v2.begin(); iter != v2.end(); iter ++)
            cout<<*iter<<" ";
            cout<<endl;    
            
        v2 = v1;
        cout<<"v2 = ";
        for(iter = v2.begin(); iter != v2.end(); iter ++)
            cout<<*iter<<" ";
            cout<<endl; 
            
        v2.assign(v1.begin(), v1.end());
        cout<<"v2 = ";
        for(iter = v2.begin(); iter != v2.end(); iter ++)
            cout<<*iter<<" ";
            cout<<endl; 
            
        v3.assign(7, 3);
        cout<<"v3 = ";
        for(iter = v3.begin(); iter != v3.end(); iter ++)
            cout<<*iter<<" ";
            cout<<endl; 
            
        return 0;
    }
    复制代码
      	v1 = 1 2 3 4 5 
      	v2 = 1 2 
      	v2 = 1 2 3 4 5 
      	v2 = 1 2 3 4 5 
      	v3 = 3 3 3 3 3 3 3 
    复制代码
  • at 函数

    • 语法:
      • TYPE at(size_type loc); // 返回当前vector指定位置loc的元素的引用
      • at()函数比[]运算符更安全,at()不会让你访问到vector内越界的元素
    • 案例1
    // 此段代码越界访问,可能导致危险结果
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<int> v;
        v.assign(6, 6);
        for(int i = 0; i < 10; i ++)
            cout<<v[i]<<" ";
        cout<<endl;
        return 0;
    }
    复制代码
      	6 6 6 6 6 6 135137 0 0 0 
    复制代码
    • 案例2
    // 改良后的代码使用at(), 在越界的时候抛出异常out_of_range
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<int> v;
        v.assign(6, 6);
        for(int i = 0; i < 10; i ++)
            cout<<v.at(i)<<" ";
        cout<<endl;
        return 0;
    }
    复制代码
      	6 6 6 6 6 6 
      	
      	terminate called after throwing an instance of 'std::out_of_range'
      	  what():  vector::_M_range_check
      	/usercode/script.sh: line 62:    13 Aborted                 $output - < "/usercode/inputFile"
    复制代码
  • erase 函数

    • 语法:
      • iterator erase(iterator loc); //删除指定位置loc的元素
      • iterator erase(iterator first, iterator last); // 删除区间[first, last)的所有元素
      • erase函数返回值是指向删除的最后一个元素的下一位置的迭代器
    • 案例
    // 创建一个vec,置入字母表的前十个字符
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<char> v;
        for(int i = 0; i < 10; ++ i)
            v.push_back(i + 65);
        int size = v.size();
        
        vector<char>::iterator startIterator;
        vector<char>::iterator tempIterator;
        
        for(int i = 0; i < size; i ++)
        {
            startIterator = v.begin();
            v.erase(startIterator);
            
            for(tempIterator = v.begin(); tempIterator != v.end(); tempIterator ++)
                cout<<*tempIterator;
            cout<<endl;
        }
        return 0;
    }
    复制代码
      	BCDEFGHIJ
      	CDEFGHIJ
      	DEFGHIJ
      	EFGHIJ
      	FGHIJ
      	GHIJ
      	HIJ
      	IJ
      	J
    复制代码
  • get_allocator 函数

    • 语法:
      • allocator_type get_allocator();
      • get_allocator() 函数返回当前vector的内存分配器.在STL里面一般不会new或者alloc来分配内存,而是通过一个allocator对象的相关方法来分配
    • 案例
    vector3(3, 1, v2.get_allocator());  // 把v2的内存分配器作为一个参数参与构造v3. 这样,他们两个用一个内存分配器.
    复制代码

    c++中的allocator类

    概述

    • 它用于将内存的分配和对象的构造分离开来. 它分配的内存是原始的、未构造的.
    allocator<string> alloc;  // 定义了一个可以分配string的allocator对象
    auto const p = alloc.allocate(n);  // 分配n个未初始化的string内存,即为n个空string分配了内存,分配的内存是原始的、未构造的
    复制代码

    allocator用法

    • allocator a // 定义了一个名为a的allocator对象,它可以为类型T的对象分配内存
    • a.allocate(n) // 分配能保存n个类型为T的对象的内存
    • a.deallocate(p, n) // 释放T*指针p地址开始的内存,这块内存保存了n个类型为T的对象,p必须是一个先前由allocate返回的指针,且n必须是p创建时所要求的大小,且在调用该函数之前必须销毁在这片内存上创建的对象,这是因为在创建的过程中我们分配的是最原始的内存,所以在释放内存的时候也只能严格释放这片最原始的内存
    • a.construct(p, args) // p必须是一个类型为T*的指针,指向一片原始内存,arg将被传递给类型为T的构造函数,用来在p指向的原始内存上构建对象
    • a.destory(p) // p为T*类型的指针,用于对p指向的对象执行析构函数

    详解

    • allocate用于分配原始内存

      • 正如前面说到,allocate出来的内存是最原始的,未构造的内存. 它的construct成员函数接受一个指针和零个或多个额外的参数,在给定位置构造对象, 额外的参数是用于初始化构造对象的
      auto q = p;  // q指向最后构造的元素之后的位置
      alloc.construct(q++);  // *q为空字符串
      alloc.construct(q++, 10, 'c');  // *q为cccccccccc
      alloc.construct(q++, "hi");  // *q为hi
      复制代码
      • 用完对象后,必须对这种构造的对象调用destory销毁,它接受一个指针,对指向的对象执行析构函数
      while(q != p)
      	alloc.destory(--q);
      复制代码

      循环开始处,q是指向最后构造的元素之后的一个位置,调用destory之前我们先对q进行递减操作,所以第一次调用destory销毁的是最后一个元素,依次执行销毁操作直到q和p相等. 我们只能对真正构造了的元素进行destory操作,一旦元素被销毁,就可以重新使用这部分内存来保存其他string或归还给系统,释放内存通过调用deallocate完成

      alloc.deallocate(p, n)
      复制代码

      其中p不能为空,必须指向allocate分配的内存,而且大小参数n也必须与调用allocate分配内存时提供的大小参数相等

  • insert 函数

    • 语法:
    • iterator insert(iterator loc, const TYPE & val); // 在指定位置loc前插入值为val的元素,返回指向这个元素的迭代器
    • void insert(iterator loc, size_type num, const TYPE & val); // 在指定位置loc前插入num个数值为val的元素
    • void insert(iterator loc, input_iterator first, input_iterator last); // 在指定位置loc前插入区间[first, last)的所有元素
    • 案例
    // 创建一个vec,置入字母表的前十个字符
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<char> v;
        for(int i = 0; i < 10; ++ i)
            v.push_back(i + 65);
            
        // 插入4个C到vector中
        vector<char>::iterator theIterator = v.begin();
        v.insert(theIterator, 4, 'C');
        
        // 显示vector中的内容
        for(theIterator = v.begin(); theIterator != v.end(); theIterator ++)
            cout<<*theIterator;
        cout<<endl;
        return 0;
    }
    复制代码
      	CCCCABCDEFGHIJ
    复制代码
  • max_size 函数

    • 语法:
      • size_type max_size();
      • max_size() 函数返回当前vector所能容纳元素数量的最大值(注:包括可重新分配内存)
  • pop_back() 函数

    • 语法:
      • void pop_back(); // 删除当前vector最末的一个元素
    • 案例
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<char> v;
        for(int i = 0; i < 10; ++ i)
            v.push_back(i + 65);
            
       int size = v.size();
       vector<char>::iterator theIterator;
       for(int i = 0; i < size; i ++){
           v.pop_back();
        for(theIterator = v.begin(); theIterator != v.end(); theIterator ++)
            cout<<*theIterator;
        cout<<endl;
       }
        return 0;
    }
    复制代码
      	ABCDEFGHI
      	ABCDEFGH
      	ABCDEFG
      	ABCDEF
      	ABCDE
      	ABCD
      	ABC
      	AB
      	A
    复制代码
  • rbegin 函数

    • 语法:
      • reverse_iterator rbegin(); // 返回指向当前vector末尾的逆迭代器(实际指向末尾的下一位置,而其实际内容为末尾元素的值)
      • 案例
      #include <iostream>
      #include <vector> 
      using namespace std;
      
      int main() {
          vector<int> v;
          for(int i = 0; i <= 5; i ++)
              v.push_back(i);
          vector<int>::reverse_iterator pos;
          pos = v.rbegin();
          for(int i = 0; i <= 5; i ++)
          {
              cout<<*pos<<" ";
              pos++;
          }
          return 0;
      }
      复制代码
        	5 4 3 2 1 0 
      复制代码
  • rend 函数

    • 语法:
      • reverse_iterator rend(); // 返回指向当前vector起始位置的逆迭代器
      • 案例
      #include <iostream>
      #include <vector> 
      using namespace std;
      
      int main() {
          vector<int> v;
          for(int i = 0; i <= 5; i ++)
              v.push_back(i);
          vector<int>::reverse_iterator pos;
          pos = v.rend();
          for(int i = 0; i <= 5; i ++)
          {
              pos--;
              cout<<*pos<<" ";
          }
          return 0;
      }
      复制代码
        	0 1 2 3 4 5 
      复制代码
  • reserve 函数

    • 语法:
      • void reserve(size_type size); // 设置为当前vector预留至少共容纳size个元素的空间(注:实际空间可能大于size)
  • resize 函数

    • 语法:
      • void resize(size_type size, TYPE val); // 改变当前vector的大小为size,且对新创建的元素赋值val
  • resize 与 reserve 的区别

    • reserve 是容器预留空间,但并不真正创建元素对象,在创建对象之前,不能引用容器内的元素,因此当加入新的元素时,需要用push_back()/insert() 函数
    • resize 是改变容器的大小,并且创建对象,因此,调用这个函数之后,就可以引用容器内的对象了,因此当加入新的对象时,用operator[]操作符,或者用迭代器来引用元素对象,
    • resize就是重新分配大小,reserve就是预留一定的空间
    • 附:reverse 与 resize 接口源码
    void resize(size_type new_size){
    	resize(new_size, T());}
    void resize(size_type new_size, const & x){
    	if(new_size < oldsize)
    		erase(oldbegin + new_size, oldend);  // erase区间范围以外的数据,确保区间以外的数据无效
    	else
    		insert(oldend, new size - oldsize, x);  // 填补区间范围内空缺的数据,确保区间内的数据有效
    复制代码
    • 案例
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<int> v;
        
        for(int i = 1; i <= 3; i ++)
            v.push_back(i);
            
        v.resize(5, 8);   //多出的两个空间都初始化为8
        for(int i = 0; i < v.size(); i ++)  // resize 与 reverse并不会删除原先的元素以释放空间
            cout<<v[i];
        cout<<endl;
        
        v.reserve(7);  // 新元素还没有构造
        for(int i = 0; i < 7; i ++)
            cout<<v[i]<<" ";  // 当i > 4。此时不能用[]访问元素
        cout<<endl;
        
        cout<<v.size()<<endl;
        cout<<v.capacity()<<endl;
        return 0;
    
    }
    复制代码
      	12388
      	1 2 3 8 8 0 0 
      	5
      	7
    复制代码
  • size 函数

    • 语法:
      • size_type size(); // 返回当前vector所容纳元素的数量
  • swap 函数

    • 语法:
      • void swap(vector & from); // 交换当前vector与vector from的元素
    • 案例
    #include <iostream>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    int main() {
        vector<int> v1, v2;
        
        for(int i = 1; i <= 3; i ++){
            v1.push_back(i);
            v2.push_back(i);
        }
        
        v2.push_back(4);
        v2.push_back(5);
        v1.swap(v2);
        
        for(int j = 0; j < v1.size(); j ++)
            cout<<v1[j]<<" ";
        cout<<endl;
        
        for(int k = 0; k < v2.size(); k ++)
            cout<<v2[k]<<" ";
        cout<<endl;
        
        return 0;
    
    }
    复制代码
      	1 2 3 4 5 
      	1 2 3 
    复制代码

vector 用法

  • vector 基本用法案例
	#include <iostream>
	#include <vector> 
	using namespace std;
	
	template<class T>
	void PrintVector(const vector <T> & v)
	{
	    // 用于输出vector容器的全部元素的函数模板
	    typename vector <T>::const_iterator i;  // const_iterator 类型的迭代器只能用于读不能进行重写
	    // typename 用来说明 vector<T>::const_iterator 是一个类型,在VS中不写也可以
	    for(i = v.begin(); i != v.end(); i ++)
	        cout<<*i<<" ";
	    cout<<endl;
	}
	
	int main()
	{
	    int a[5] = {1, 2, 3, 4, 5};
	    vector<int> v(a, a + 5);  // 将数组a的内容放入v
	    cout<<"1. "<<v.end() - v.begin()<<endl;  // 两个随机迭代器可以相减
	    cout<<"2. "; PrintVector(v);
	    v.insert(v.begin() + 2, 13);  // 在 begin() + 2 位置插入13
	    cout<<"3. "; PrintVector(v);
	    v.erase(v.begin() + 2);  // 删除位于 begin() + 2 位置的元素
	    cout<<"4. "; PrintVector(v);
	    vector<int> v2(4, 100);  // v2 有4个元素,都是100
	    v2.insert(v2.begin(), v.begin() + 1, v.begin() + 3);  // 将v的一段插入v2开头
	    cout<<"5. v2: "; PrintVector(v2);
	    v.erase(v.begin() + 1, v.begin() + 3);  // 删除v上的一个区间,即[2, 3)
	    cout<<"6. "; PrintVector(v);
	    
	    return 0;
	}
复制代码
	1. 5
	2. 1 2 3 4 5 
	3. 1 2 13 3 4 5 
	4. 1 2 3 4 5 
	5. v2: 2 3 100 100 100 100 
	6. 1 4 5 
复制代码
  • vector 还可以嵌套以形成可变长的二维数组
	#include <iostream>
	#include <vector> 
	using namespace std;
	
	int main()
	{
	    vector<vector<int> > v(3);  // v3有三个元素,每个元素都是vector容器
	    for(int i = 0; i < v.size(); i ++)
	        for(int j = 0; j < 4; j ++)
	            v[i].push_back(j);
	        
	    for(int i = 0; i < v.size(); i ++){
	        for(int j = 0; j < v[i].size(); j ++)
	            cout<<v[i][j]<<" ";
	        cout<<endl;
	    }
	    return 0;
	}
复制代码
	0 1 2 3 
	0 1 2 3 
	0 1 2 3 

- 注:
	- `vector<vector<int> > v(3);` 定义了一个 vector 容器,该容器中的每个元素都是一个 vector<int> 容器,即可以认为,v是一个二维数组,一共三行,每行都是一个可变长的一维数组 
	- 在 Dev C++ 中,上面写法中 int 后面的两个`>`之间需要有空格,否则有的编译器会把它们当作`>>`运算符,编译会出错
复制代码
  • vector 的元素不仅仅可以是int,double,string,还可以是结构体,但是要注意:结构体定义为全局的,否则会出错
    • 案例
    #include <iostream>
    #include <stdio.h>
    #include <algorithm>
    #include <vector> 
    using namespace std;
    
    typedef struct rect{
        int id;
        int length;
        int width;
        
        // 对于向量元素是结构体的。可在结构体内部定义比较函数,下面按照id,length,width升序排序
        bool operator < (const rect & a) const
        {
            if(id != a.id)
                return id < a.id;
            else
            {
                if(length != a.length)
                    return length < a.length;
                else
                    return width < a.width;
            }
        }
    }Rect;
    
    int main() {
        vector<Rect> vec;
        Rect rect;
        rect.id = 1;
        rect.length = 2;
        rect.width = 3;
        vec.push_back(rect);
        vector<Rect>::iterator it = vec.begin();
        cout<<(*it).id<<" "<<(*it).length<<" "<<(*it).width<<endl;
        
        return 0;
    }
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      	1 2 3
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