C++：vector的介绍与使用方法

其他 2020-04-11 01:10:02 阅读次数: 0

vector

vector的介绍

  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，因此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的定义

(constructor)构造函数声明 接口说明
vector() 无参构造
vector(size_type n, const value_type& val = value_type()) 构造并初始化n个val
vector (const vector& x); 拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last); 使用迭代器进行初始化构造

代码示例

// constructing vectors
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
	// constructors used in the same order as described above:
	std::vector<int> first;                                // empty vector of ints
	std::vector<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100
	std::vector<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through second
	std::vector<int> fourth(third);                        // a copy of third

	// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:
	int myints[] = { 16,2,77,29 };
	std::vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));
	std::cout << "The contents of fifth are:";

	for (std::vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it) {
		std::cout << ' ' << *it;
	}
	std::cout << '\n';

	return 0;
}

代码生成图
在这里插入图片描述

vector iterator 的使用

iterator的使用 接口说明
begin() 获取第一个数据位置的iterator
end() 获取最后一个数据的下一个位置的iterator
rbegin() 获取最后一个数据位置的reverse_iterator
rend() 获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator
cbegin() 获取第一个数据位置的const_iterator
cend() 获取最后一个数据的下一个位置的const_iterator

在这里插入图片描述

代码示例

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

void PrintVector(const vector<int>& v)
{
	// 使用const迭代器进行遍历打印 
	vector<int>::const_iterator it = v.cbegin(); 
	while (it != v.cend())

	{
	cout << *it << " ";
	++it; 
	}
    cout << endl;
}

int main() {
	// 使用push_back插入4个数据 
	vector<int> v; 
	v.push_back(1); 
	v.push_back(2); 
	v.push_back(3); 
	v.push_back(4);
	// 使用迭代器进行遍历打印 	、
	vector<int>::iterator it = v.begin(); 
	while (it != v.end())
	{
        cout << *it << " ";
		++it; 
	}
	cout << endl;
	// 使用迭代器进行修改 
	it = v.begin(); 
	while (it != v.end()) {
		*it *= 2;
		++it; 
	}
	// 使用反向迭代器进行遍历再打印 
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin(); 
	while (rit != v.rend())
	{
        cout << *rit << " ";
		++rit; 
	}
	cout << endl;
    PrintVector(v);
	return 0; 
}

代码生成图
在这里插入图片描述

vector 空间增长问题

容量空间 接口说明
size 获取数据个数
capacity 获取容量大小
empty 判断是否为空
resize(重点) 改变vector的size
reserve (重点) 改变vector的capacity

要点总结：

  1. 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。 这个问题经常会考察，不要固化的认为，顺序表增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义 的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
  2. resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。
  3. 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增容的代价缺陷问题。

代码示例

// vector::capacity
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
	size_t sz;
	std::vector<int> foo;
	sz = foo.capacity();	// capacity = size = 0

	std::cout << "making foo grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i) {
		foo.push_back(i);
		if (sz != foo.capacity()) {
			sz = foo.capacity();
			std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}

	return 0;
}


vs:运行结果:
making foo grow: 
capacity changed: 1 
capacity changed: 2 
capacity changed: 3 
capacity changed: 4 
capacity changed: 6 
capacity changed: 9 
capacity changed: 13 
capacity changed: 19 
capacity changed: 28 
capacity changed: 42 
capacity changed: 63 
capacity changed: 94 
capacity changed: 141

g++运行结果:
making foo grow: 
capacity changed: 1 
capacity changed: 2 
capacity changed: 4 
capacity changed: 8 
capacity changed: 16 
capacity changed: 32 
capacity changed: 64 
capacity changed: 128

// vector::reserve
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
	size_t sz;
	std::vector<int> foo;
	sz = foo.capacity();

	std::cout << "making foo grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i) {
		foo.push_back(i);
		if (sz != foo.capacity()) {
			sz = foo.capacity();
			std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}

	std::vector<int> bar;
	sz = bar.capacity();
	bar.reserve(100);   // this is the only difference with foo above
	std::cout << "making bar grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i) {
		bar.push_back(i);
		if (sz != bar.capacity()) {
			sz = bar.capacity();
			std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
	return 0;
}

在这里插入图片描述

// vector::resize
#include <iostream>
#include <vector>

int main() {
	std::vector<int> myvector;
	// set some initial content:
	for (int i = 1; i < 10; i++) {
		myvector.push_back(i);
	}

	myvector.resize(5);
	myvector.resize(8, 100);
	myvector.resize(12);
	std::cout << "myvector contains:";
	for (int i = 0; i < myvector.size(); i++)
		std::cout << ' ' << myvector[i];
	std::cout << '\n';
	
	return 0;
}

在这里插入图片描述

vector 增删查改

vector增删查改 接口说明
push_back(重点) 尾插
pop_back (重点) 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position之前插入val
erase 删除position位置的数据
swap 交换两个vector的数据空间
operator[] (重点) 像数组一样访问

代码示例

// push_back/pop_back
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	v.pop_back();
	v.pop_back();
	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

// find / insert / erase
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
	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);

	// 在pos位置之前插入30 
	v.insert(pos, 30);

	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;

	pos = find(v.begin(), v.end(), 3); // 删除pos位置的数据
	v.erase(pos);
	it = v.begin();
	while (it != v.end()) {
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍历 
// vector使用这两种遍历方式是比较便捷的。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));

	// 通过[]读写第0个位置。 
	v[0] = 10;
	cout << v[0] << endl;

	// 通过[i]的方式遍历vector
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
		cout << v[i] << " ";
	cout << endl;

	vector<int> swapv;
	swapv.swap(v);
	cout << "v data:";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i) {
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "swapv data:";
	for (size_t i = 0; i < swapv.size(); ++i) {
		cout << swapv[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	// C++11支持的新式范围for遍历 
	for (auto x : v) {
		cout << x << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

在这里插入图片描述

vector 迭代器失效问题。(重点)

代码示例

// insert/erase导致的迭代器失效 
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
	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

	// 在pos位置插入数据，导致pos迭代器失效。
	// insert会导致迭代器失效，是因为insert可能会导致增容，
	// 增容后pos还指向原来的空间，而原来的空间已经释放了。 
	pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	v.insert(pos, 30);
	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
	
	return 0;
}

// 常见的迭代器失效的场景 
#include <iostream> 
#include <algorithm> 
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));

	// 实现删除v中的所有偶数
	// 下面的程序会崩溃掉，如果是偶数，erase导致it失效 
	// 对失效的迭代器进行++it，会导致程序崩溃 
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			v.erase(it);
		++it;
	}

	// 以上程序要改成下面这样，erase会返回删除位置的下一个位置 
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
			it = v.erase(it);
		else
			++it;
	}
	return 0;
}

vector嵌套的使用

二维向量：vector<vector<int> >

定义:

注意 vector<vector<int> >后面的尖括号前面要加上空格
否则在有些编译器下会出现问题（已知：VC）

vector<vector<int>> A;//错误的定义方式
vector<vector<int> > A;//正确的定义方式

插入元素:

若想定义A = [[0,1,2],[3,4]]，有两种方法。

  1. 定义vector B分别为[0,1,2]和[3,4]，然后放入vector A。
vector<vector<int> > A;
 
vector<int> B;
B.push_back(0);
B.push_back(1);
B.push_back(2);
 
A.push_back(B);
 
B.clear();
B.push_back(3);
B.push_back(4);
 
A.push_back(B);

vector<vector<int> > A;
for(int i = 0; i < 2; ++i)  
	A.push_back(vector<int>());  

A[0].push_back(0);
A[0].push_back(1);
A[0].push_back(2);
A[1].push_back(3);
A[1].push_back(4);

长度

//vector<vector<int> >A中的vector元素的个数
len = A.size();
//vector<vector<int> >A中第i个vector元素的长度
len = A[i].size();

访问某元素

访问某元素时，方法和二维数组相同，例如：

//根据前面的插入，可知输出1。
printf("%d\n", A[0][1]);

如有不同意见，欢迎留言探讨！

AngelDg
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