【c++容器】vector动态数组容器

目录

1. 基本概念

2. 常用的构造函数

3. 常用的成员函数

4. 迭代器

5. 内存管理

6.更多成员函数汇总

7.vector函数使用实例代码

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`std::vector` 是 C++ 标准模板库 (STL) 中的一个动态数组容器（可变长数组），它能够存储类型相同的对象，并且在大小变化时自动管理内存（随时添加和删除元素）。

1. 基本概念

• 动态数组

  std::vector 类似于普通的数组，但它的大小是动态的，可以根据需要自动调整。

  与普通数组不同的是，std::vector 的大小可以在运行时增加或减少。

• 自动内存管理

  std::vector 在内部自动管理内存分配和释放，避免了手动管理内存的复杂性。

2. 常用的构造函数

• 默认构造函数

  创建一个空的 std::vector。

  std::vector vec;

• 指定大小的构造函数

  创建一个包含 5 个元素的 std::vector

  每个元素使用类型的默认构造函数初始化。

  std::vector vec(5);

• 指定大小和初始值的构造函数

  创建一个包含 5 个元素的 std::vector，每个元素都初始化为 10。

  std::vector vec(5, 10);

• 初始化中有多个元素

  vector a{1, 2, 3, 4, 5};//数组a中有五个元素，数组长度就为5

• 复制构造函数

  使用另一个 std::vector 初始化一个新的 std::vector。

  std::vector vec2(vec1); //类型必须相同
  std::vector vec2 = vec1;

• 迭代器范围的构造函数

  使用其他容器或数组的迭代器范围初始化 std::vector。

  std::vector vec(vec1.begin(), vec1.end());

• 二维容器初始化

  #include 
  #include 
  ​
  using namespace std;
  ​
  int main() {
      // 初始化一个 3x4 的二维 vector，所有元素初始化为 0
      vector> vec(3, vector(4, 0));
  ​
      // 输出二维 vector 的内容
      for (const auto& row : vec) {
          for (const auto& elem : row) {
              cout << elem << " ";
          }
          cout << endl;
      }
  ​
      return 0;
  }

3. 常用的成员函数

• push_back()

  在 std::vector 的末尾添加元素。

  vec.push_back(20);

• pop_back()

  移除 std::vector 末尾的元素。

  vec.pop_back();

• size()

  返回当前存储的元素数量。

  std::cout << vec.size() << std::endl;

• capacity()

  返回当前分配的存储空间的容量（即在不重新分配内存的情况下，std::vector 可以存储的元素个数）。

  std::cout << vec.capacity() << std::endl;

• empty()

  判断 std::vector 是否为空。

  if (vec.empty()) {
      std::cout << "Vector is empty." << std::endl;
  }

• clear()

  清除所有元素，使 std::vector 为空。

  vec.clear();

• at()

  返回指定位置的元素，带边界检查。

  int val = vec.at(2);

• operator[]

  返回指定位置的元素，不带边界检查。

  int val = vec[2];

• insert()

  在指定位置插入元素或多个元素。

  vec.insert(vec.begin() + 1, 15);  // 在第二个位置插入15

• erase()

  删除指定位置的元素或范围内的元素。

  vec.erase(vec.begin() + 1);  // 删除第二个元素

• resize()

  调整 std::vector 的大小，并可指定值。

  vec.resize(10);  // 调整大小为10
  vec.reszie(n, v);       //将n个空间数值赋值为v, 如果没有默认赋值为0 

  //注意：如果之前指定过该空间的值，再次赋值时并不会覆盖。
  //以下这个例子会证明
  ​
  #include
  ​
  using namespace std;
  ​
  void out(vector &a) 
  { 
      for (auto &x: a) 
          cout << x << " "; cout << "\n";
  }
  ​
  int main() {
      vector a(5, 1);
      out(a); // 1 1 1 1 1
      
      a.resize(10, 2);
      out(a); // 1 1 1 1 1 2 2 2 2 2
      
      a.resize(3, 3);
      out(a); // 1 1 1
      
      return 0;
  }

• reserve()

  预先分配内存，以避免在增加元素时多次重新分配内存。

  vec.reserve(100);

4. 迭代器

类似指针，迭代器就是充当指针的作用。vi[i] 等价于 *（vi.begin() + i)

• begin() 和 end()

  返回 std::vector 的起始和结束迭代器。

  • end()返回的是最后一个元素的后一位置的地址

  //auto关键字：自动推导变量类型（注意：变量必须在定义时初始化；可能忽略const和引用&，如需使用需明确声明）
  for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
      std::cout << *it << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

• rbegin() 和 rend()

  返回 std::vector 的逆向迭代器。

  for (auto it = vec.rbegin(); it != vec.rend(); ++it) {
      std::cout << *it << " ";
  }
  std::cout << std::endl;

5. 内存管理

• shrink_to_fit()

  将 std::vector 的容量减少到与当前大小匹配，释放未使用的内存。

  vec.shrink_to_fit();

• allocator_type

  可以自定义 std::vector 的内存分配器。

6.更多成员函数汇总

代码	算法复杂度	返回值类型	含义
c.front()	O(1)O(1)	引用	返回容器中的第一个数据
c.back()	O(1)O(1)	引用	返回容器中的最后一个数据
c.at(idx)		引用	返回 c[idx] ，会进行边界检查，如果越界会报错，比直接使用 [] 更好一些，常在项目中使用
c.size()	O(1)O(1)		返回实际数据个数（unsigned类型）
c.begin()	O(1)O(1)	迭代器	返回首元素的迭代器（通俗来说就是地址）
c.end()	O(1)O(1)	迭代器	返回最后一个元素后一个位置的迭代器（地址）
c.empty()	O(1)O(1)	bool	判断是否为空，为空返回真，反之返回假
c.reserve(sz)			为数组提前分配sz的内存大小，即改变了 capacity 的大小，主要是为了防止在 push_back 过程中多次的内存拷贝
c.assign(beg, end)			将另外一个容器[x.begin(), x.end()) 里的内容拷贝到c中
c.assign(n, val)			将n 个val值拷贝到c数组中，这会清除掉容器中以前的内容，c数组的size将变为n，capacity 不会改变
c.pop_back()	O(1)O(1)		删除最后一个数据
c.push_back(element)	O(1)O(1)		在尾部加一个数据
c.emplace_back(ele)	O(1)O(1)		在数组中加入一个数据，和 push_back 功能基本一样，在某些情况下比它效率更高，支持传入多个构造参数
c.clear()	O(N)O(N)		清除容器中的所有元素
c.resize(n, v)			改变数组大小为n,n个空间数值赋为v，如果没有默认赋值为0
c.insert(pos, x)	O(N)O(N)		向任意迭代器pos插入一个元素x
例：c.insert(c.begin() + 2, -1)			将-1插入c[2]的位置
c.erase(first, last)	O(N)O(N)		删除[first, last)的所有元素

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来源: 行码棋 作者: 行码棋 链接: C++ STL总结 | 行码棋

7.vector函数使用实例代码

/**
  ******************************************************************************
  * @file           : vector_study.cpp
  * @author         : niuniu
  * @brief          : 一个 `std::vector` 容器的实例
  * @attention      : None
  * @date           : 2024/8/28
  ******************************************************************************
  */
#include 
#include 
​
int main() {
    // 创建一个存储 int 类型的 vector 容器
    std::vector vec;
​
    // 使用 push_back() 在 vector 的末尾添加元素
    vec.push_back(10);
    vec.push_back(20);
    vec.push_back(30);
​
    std::cout << "使用`push_back`将元素压入后的结果为 : ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出: 10 20 30
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 pop_back() 移除末尾的元素
    vec.pop_back();
    std::cout << "使用`pop_back`移除末尾元素后的结果为 : ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出: 10 20
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 size() 获取当前元素数量
    std::cout << "当前容器的元素数量为(size) : " << vec.size() << std::endl; // 输出: 2
​
    // 使用 capacity() 获取当前分配的容量
    std::cout << "当前分配的容量为(capacity) : " << vec.capacity() << std::endl; // 输出: 4
​
    // 使用 empty() 判断 vector 是否为空
    if (!vec.empty()) {
        std::cout << "容器不为空" << std::endl;
    }
​
    // 使用at()访问元素
    try         //异常处理机制，如果在try语句中发生异常，会跳到catch语句
    {
        std::cout << "索引1处的元素为 (at) : " << vec.at(1) << std::endl;
    }
    catch (const std::out_of_range& e)      //根据异常的类型，决定是否处理该异常，参数指定可以处理异常的类型
    {
        //what()是异常对象的一个成员函数，返回值会描述错误的消息
        std::cout << "错误：超出范围 (what) : " << e.what() << std::endl;
    }
​
    // 使用 operator[] 访问指定位置的元素(不带边界检查)
    std::cout << "索引0处的元素为 (重载索引[]) : " << vec[0] << std::endl; // 输出: 10
​
    // 使用 insert() 在指定位置插入元素
    vec.insert(vec.begin() + 1, 15);
    std::cout << "在索引1处插入后 (insert) : ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出: 10 15 20
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 erase() 删除指定位置的元素
    vec.erase(vec.begin());
    std::cout << "删除第一个元素后 (erase) : ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出: 15 20
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 resize() 调整 vector 的大小
    vec.resize(4, 100);  // 如果增加大小，使用 100 进行填充
    std::cout << "调整为4个元素后 (resize) : ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出: 15 20 100 100
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 reserve() 预先分配内存
    vec.reserve(10);
    std::cout << "储备后容量(10) (reserve) : " << vec.capacity() << std::endl; // 输出: 10
​
    // 使用 clear() 清空所有元素
    vec.clear();
    std::cout << "清除后的尺寸 (clear) : " << vec.size() << std::endl; // 输出: 0
    std::cout << "清除后的容量 (clear) : " << vec.capacity() << std::endl; // 输出: 10
​
    // 使用 begin() 和 end() 获取起始和结束迭代器
    vec.push_back(50);
    vec.push_back(60);
    std::cout << "使用begin()和end() 遍历: ";
    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " "; // 输出: 50 60
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 rbegin() 和 rend() 获取逆向迭代器
    std::cout << "使用rbegin()和rend(): ";
    for (auto rit = vec.rbegin(); rit != vec.rend(); ++rit) {
        std::cout << *rit << " "; // 输出: 60 50
    }
    std::cout << std::endl;
​
    // 使用 shrink_to_fit() 释放未使用的内存
    vec.shrink_to_fit();
    std::cout << "收缩后的容量 : " << vec.capacity() << std::endl; // 输出: 2
​
    // 使用 allocator_type 自定义内存分配器(高级用法，不常见)
    std::vector> customAllocatorVec;
    customAllocatorVec.push_back(70);
    std::cout << "使用自定义分配器 (allocator_type): " << customAllocatorVec[0] << std::endl; // 输出: 70
​
    return 0;
}