vector

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• 1 vector的介绍
• 2 vector的使用
  • 2.1 vector的定义
  • 2.2 vector iterator的使用
  • 2.3 vector空间
  • 2.4 vector增删查改
  • 2.5 迭代器失效问题

1 vector的介绍

vector是C++标准模板库(STL)中最常用的序列容器之一，封装了动态数组，可以自动管理内存，提供随机访问、动态扩容等功能，可以把vector理解成一个数组。
基本特性
动态数组： 大小可变，插入/删除元素时自动调整容量
连续存储： 元素在内存中连续存放，支持高效的随机访问
类型安全： 模板类，存储特定类型的对象
内存自动管理： 自动分配和释放内存，避免手动new[]/delete[]

2 vector的使用

2.1 vector的定义

#include<iostream>#include<vector>intmain(){ std::vector<int> first;// 空的int类型的vector std::vector<int>second(4,100);// 4个100的int类型的vector std::vector<int>third(second.begin(),second.end());// 拷贝second的begin到end给third std::vector<int>fourth(third);// 拷贝third给fourth// 迭代器构造函数也可以用于从数组构造int myints[]={16,2,77,29}; std::vector<int>fifth(myints, myints +sizeof(myints)/sizeof(int)); std::cout <<"fifth的内容是:";for(std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end();++it) std::cout <<' '<<*it; std::cout <<'\n';//输出的内容是 16 2 77 29return0;}

默认构造函数：创建一个空vector，无元素，容量为0

std::vector<int> v1;// 空 vector

指定大小构造：创建包含n个元素的vector，每个元素的值为默认初始化的值(对于int是0)

std::vector<int>v2(5);// 5 个元素，均为 0

指定大小和初始值构造：创建包含n个元素的vector，每个元素都初始化为value

std::vector<int>v3(5,10);// 5 个元素，均为 10

列表初始化：使用花括号直接列出元素值，也是最直观的方式

std::vector<int> v4 ={1,2,3,4,5}; std::vector<int> v5 {1,2,3,4,5};// 等价

拷贝构造函数：用一个已有的vector构造新vector，深拷贝所有元素

std::vector<int>v6(v4);// v6 是 v4 的副本 std::vector<int> v7 = v4;// 等价

范围构造函数：用一个容器或数组的迭代器区间[first，last)构造，元素类型需可转换

std::vector<int>v8(v4.begin(), v4.end());// 从 vector 拷贝int arr[]={10,20,30}; std::vector<int>v9(std::begin(arr), std::end(arr));// 从数组拷贝

注意事项

• 圆括号和花括号的区别：
  vector v(5, 10) → 5 个元素，值为 10。
  vector v{5, 10} → 2 个元素，值为 5 和 10（列表初始化优先）
  这是最容易被混淆的地方
• 范围构造要求：迭代器区间必须是合法的，且元素类型需能隐式转换为vector的元素类型

2.2 vector iterator的使用

begin和end： 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和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

2.3 vector空间

size() 获取元素个数
返回当前vector中实际存储的元素个数

std::vector<int> v ={1,2,3}; std::cout << v.size();// 输出 3

capacity() 获取当前已分配内存能容纳的元素个数
返回在不重新分配内存的前提下，vector最多可以存储的元素个数
通常capacity() >= size()

std::vector<int> v; v.reserve(10);// 容量至少为10 std::cout << v.capacity();// 可能输出10 std::cout << v.size();// 输出0

注意，capacity是内存容量，size是实际元素个数，插入元素使size超过capacity时，vector会自动扩容

empty() 判断是否为空
如果size() == 0 则返回true，否则返回false

std::vector<int> v;if(v.empty()){/* 空时执行 */}

resize() 改变size

voidresize(size_type new_size);voidresize(size_type new_size,const value_type& value);

将vector的元素个数改为new_size
如果new_size < 原size ，删除多余元素，从尾部删除
如果new_size > 原size ，在尾部添加新元素
如果没有第二个参数时，新元素为值初始化
提供value时，新元素均为value的拷贝

std::vector<int> v ={1,2,3}; v.resize(5);// 现在 v = {1,2,3,0,0}，若容量不足则扩容 v.resize(2);// v = {1,2}，尾部元素被丢弃 v.resize(4,100);// v = {1,2,100,100}

reserve() 改变capacity

voidreserve(size_type new_cap);

请求将vector的容量至少增加至new_cap(预分配内存)
如果new_cap > 当前 capacity()，则重新分配内存使 capacity() >= new_cap
如果new_cap <= 当前 capacity()，什么也不做(不会减少容量)

std::vector<int> v; v.reserve(1000);// 容量至少1000，size仍为0for(int i =0; i <1000;++i) v.push_back(i);// 这1000次插入不会发生扩容

• 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
• 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增容代价缺陷问题
• resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

voidTestVectorExpand(){ 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';}}}

2.4 vector增删查改

push_back() 在容器的末尾添加一个元素
当容量不足时，会重新分配内存

voidpush_back(const T& value);voidpush_back(T&& value);

pop_back() 删除容器末尾的一个元素
调用前需要确保vector非空，否则行为未定义
被删除元素的后置迭代器/引用会失效，end()也会失效

voidpop_back();

find() 在指定范围内查找第一个给定值的元素
返回指向第一个匹配元素的迭代器，若未找到，返回last
头文件 < algorithm >

InputIt find(InputIt first, InputIt last,const T& value);

insert() 在指定位置之前插入一个或多个元素
返回指向第一个插入元素的迭代器，若插入个数为0，则返回pos
如果容量不足会重新分配内存，导致所有迭代器，引用，指针失效
如果没有重新分配，则插入位置之后的元素会向后移动，这些元素的迭代器会失效

iterator insert(const_iterator pos,const T& value);// 插入一个副本 iterator insert(const_iterator pos, T&& value);// 插入一个移动副本 iterator insert(const_iterator pos, size_type count,const T& value);// 插入 count 个相同值template<classInputIt> iterator insert(const_iterator pos, InputIt first, InputIt last);//插入一段区间

erase() 删除指定位置或指定区间内的元素
返回指向被删除元素之后下一个元素的迭代器，如果删除到末尾，则返回end()
删除位置之后的所有元素会向前移动，其迭代器，引用会失效
不会重新分配内存，容量不变

iterator erase(const_iterator pos);// 删除单个元素 iterator erase(const_iterator first, const_iterator last);// 删除 [first, last) 区间

swap() 交换两个vector的内容
不会引发内存分配或者元素复制，只是交换内部指针
交换后，两个vector的迭代器，引用，指针会相互归属到对方容器
提供非成员swap()特化，用法：swap(v1, v2);

voidswap(vector& other);

operator[] 通过下标访问元素
不检查下标是否越界，越界会导致未定义行为，通常表现为内存访问错误
如果需要安全访问时，可以使用at() 成员函数

reference operator[](size_type pos); const_reference operator[](size_type pos)const;

2.5 迭代器失效问题

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生指针T*。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应的指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果就是程序崩溃，也就是说如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能崩溃

• 会引起底层空间改变的操作，都有可能让迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back

#include<iostream>usingnamespace std;#include<vector>intmain(){ vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容// v.resize(100, 8);// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变// v.reserve(100);// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放// v.insert(v.begin(), 0);// v.push_back(8);// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变// v.assign(100, 8);/* 出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉， 而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时， 实际操作的是一块已经被释放的空间，而引起代码运行时崩溃。 解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素， 只需给it重新赋值即可。 */while(it != v.end()){ cout<<*it <<" ";++it;} cout<<endl;return0;}

• 指定位置元素的删除操作 erase

#include<iostream>usingnamespace std;#include<vector>intmain(){int a[]={1,2,3,4}; vector<int>v(a, a +sizeof(a)/sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iterator vector<int>::iterator pos =find(v.begin(), v.end(),3);// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。 v.erase(pos); cout <<*pos << endl;// 此处会导致非法访问return0;}

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上将迭代器不会失效，但是如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了，因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了

下面这段代码的效果是删除vector中的偶数

#include<iostream>usingnamespace std;#include<vector>//这一段代码调用erase之后，it已经失效，但是仍然对it进行++操作，会导致报错intmain(){ vector<int> v{1,2,3,4};auto it = v.begin();while(it != v.end()){if(*it %2==0) v.erase(it);++it;}return0;}//这一段代码调用erase之后，通过erase的返回值重新覆盖了it，所以it没有失效，不会报错intmain(){ vector<int> v{1,2,3,4};auto it = v.begin();while(it != v.end()){if(*it %2==0) it = v.erase(it);else++it;}return0;}

• 与vector相似，string在插入+扩容之后，迭代器也会失效

#include<string>voidTestString(){ string s("hello");auto it = s.begin();// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃//s.resize(20, '!');while(it != s.end()){ cout <<*it;++it;} cout << endl; it = s.begin();while(it != s.end()){ it = s.erase(it);// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后// it位置的迭代器就失效了// s.erase(it); ++it;}}