STL之vecor的使用(超详解)

news/2024/11/16 20:33:19 标签: c++, 数据结构, 开发语言

 

目录

 1. C/C++中的数组

1.1. C语言中的数组

1.2. C++中的数组 

 2. vector的接口

2.1. vector的迭代器 

2.2. vector的初始化与销毁 

2.3. vector的容量操作 

2.4. vector的访问操作 

2.5. vector的修改操作 

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 1. C/C++中的数组

1.1. C语言中的数组

在 C 语言中，数组是一组相同类型元素的有序集合。与字符串类似，它的大小在编译时就已经确定，不可更改。 

//大小为5的整型数组
int arr1[5] = { 1,2,3,4,5 };
//大小为5的浮点型数组
double arr2[5] = {0.0};

1.2. C++中的数组 

同样与string类似，C++为了更加方便就引入了一个支持可动态大小数组的序列容器vecotr。其特点如下：

 

  1. vector是可变大小的序列容器，采用连续存储空间存储元素，可通过下标高效访问。
  2. 与数组不同，vector大小可动态改变，由容器自动处理。
  3. vector本质上用动态分配数组存储元素，插入新元素时可能重新分配空间，即分配新数组并移动全部元素，此操作时间代价高，但不是每次插入都重新分配。
  4. vector会分配额外空间适应增长，不同库策略不同，但重新分配通常是对数增长间隔，使末尾插入元素能在常数时间完成。
  5. 与deque、list和forward_list相比，vector访问元素及末尾添加和删除元素更高效，非末尾的删除和插入操作效率低，且统一的迭代器和引用更好。
//整型数组
vector<int> v1;
//浮点型数组
vector<double> v2;

使用vector都需要包含头文件#include<vector>。并且vector是一个模版类，所以在使用时需要显示实例化。 

 

 2. vector的接口

介绍一些vector的常见接口，因为很多接口的作用都与string的接口非常类似，所以很多就不在详细说明，具体也可以参考vector文档。

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  下面我们开始研究他的使用，为了能够更好的测试，我们先实现一个打印容器元素的函数，vector底层是数组，所以有三种访问方式：下标访问、迭代器访问、范围for（本质也是迭代器）

void Printf(vector<int>& v)
{
	//下表遍历
	cout << "下表遍历：";
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i];
	}
	cout << endl;
	//迭代器遍历
	cout << "迭代器遍历：";
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it;
		it++;
	}
	cout << endl;
	cout << "范围for遍历：";
	for (auto e : v)
	{
		cout << e;
	}
	cout << endl;
}
int main()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };

	Printf(v);
	//Test01();
	return 0;
}

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 ​​​​​​

2.1. vector的迭代器 

同样的vector中也存在迭代器iterator，因为定义在vector类中，所以其需要通过域作用限定符访问——vector<类型>::iterator

下面将介绍的begin()，end()，rbeign()，rend()的使用访问方法与string中的几乎一摸一样，我们直接上实例演示：

#include<iostream>
#include<vector>

using namespace std;
void Test01()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9 };
	cout << "顺序遍历:";
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it;
		it++;
	}
	cout << endl;
	cout << "逆序遍历:";
	vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit;
		rit++;
	}
	cout << endl;

}
int main()
{
	Test01();
	return 0;
}

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当然vector也支持const_iterator，用法也类似，这里就不在赘述。 

2.2. vector的初始化与销毁 

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（1） 空容器构造函数（默认构造函数）
构造一个没有元素的空容器。
（2） 填充构造函数
构造一个包含n个元素的容器。每个元素都是val的副本。
（3） 范围构造器
构造一个包含与范围[first，last）一样多的元素的容器，每个元素都按照相同的顺序从该范围内的相应元素构造而成。
（4） 复制构造函数
构造一个容器，其中包含x中每个元素的副本，顺序相同。
 

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同样的vector也支持多种构造函数，拷贝构造以及赋值运算符重载。 

void Test02()
{
	//无参构造
	vector<int> v1;
	Print(v1);
	//有参构造，n个位置初始化
	vector<int> v2(5, 2);
	Print(v2);
	//有参构造，n个位置调用T类型的默认构造
	vector<int> v3(5);
	Print(v3);
	//拷贝构造
	vector<int> v4(v3);
	Print(v4);
	//迭代器区间构造(传string的迭代器区间)
	string s("hello world");
	vector<int> v5(s.begin(), s.end());
	Print(v5);
	//迭代器区间构造(传vctor的迭代器区间)
	vector<int> v6(v5.begin(), v5.end());
	Print(v6);
	//赋值重载
	v1 = v6;
	cout << &v1 << "   " << &v6 << endl;//深拷贝
	Print(v1);
	//特殊的赋值方式
	vector<int> v7{ 1,2,3,4,5,6,7,8 };
	Print(v7);
}

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2.3. vector的容量操作 

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在vector类中，同样可以通过size()容器的有效长度；capacity()返回容器的容量大小。

void Test03()
{
	vector<int> v1;
	
	cout << v1.size() << endl;
	cout << v1.capacity() << endl;
	vector<int> v2 = { 0,1,2,3,4,5 };
	cout << v2.size() << endl;
	cout << v2.size() << endl;
}

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在初始化时，vecotr中的size与capacity一般相同。这时我们也可以通过以下程序探究一下其扩容机制： 

void Test04()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow" << endl;
	for (int i = 0; i < 100; i++)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed  " << v.capacity() << endl;
		}

	}
}
int main()
{
	Test04();
	return 0;
}

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在VS环境下，vector一般是以1.5倍扩容。但是在Linux环境下一般就以2倍扩容。 

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要求容器减少容量以适应其大小。

该请求是非绑定的，容器实现可以自由地进行优化，使向量的容量大于其大小。

这可能会导致重新分配，但对向量大小没有影响，也不能改变其元素。

 

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有效长度与容量操作 

 vector中的resize()与reserve()。其实他们的用法与特点也是与string类中的相同

当n<sz时，reserve并不会发生任何改变，resize会删除有效字符到指定大小。
当sz<n<capcity时，reserve并不会发生任何改变，resize会补充有效字符(默认为0)到指定大小。
当n>capacity时，reserve会发生扩容，resize会补充有效字符(默认为0)到指定大小。

void Test06()
{
	vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
	cout << "v1的有效长度为：" << v1.size() << endl;
	cout << "v1的容量大小为：" << v1.capacity() << endl;
	v1.reserve(10);
	cout << "reserve(10)后：" << endl;
	cout << "v1的有效长度为：" << v1.size() << endl;
	cout << "v1的容量大小为：" << v1.capacity() << endl;
	cout << endl;
	v1.resize(8, 10);
	for (auto& e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "v1的有效长度为：" << v1.size() << endl;
	cout << "v1的容量大小为：" << v1.capacity() << endl;
	v1.resize(3);
	for (auto& e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << "v1的有效长度为：" << v1.size() << endl;
	cout << "v1的容量大小为：" << v1.capacity() << endl;
	
}

int main()
{
	Test06();
	return 0;
}

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2.4. vector的访问操作 

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void Test07()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5 };
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v.at(i) << " ";
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	cout << "front：" << v.front() << endl;
	cout << "back：" << v.back() << endl;
}

int main()
{
	Test07();
	return 0;
}

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2.5. vector的修改操作 

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首先先介绍最简单的四个函数push_back()，pop_back()，assign()，swap()。

void Test7()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6 };
	cout << "back：" << v.back() << endl;
    //尾插
	v.push_back(7);
    //尾删
	cout << "back：" << v.back() << endl;
	v.pop_back();
	cout << "back：" << v.back() << endl;
	vector<int> vv = { 6,5,4,3,2,1 };
    //n个val赋值给原数组
	vv.assign(3, 2);
	for (int i = 0; i < vv.size(); i++)
	{
		cout << vv[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	vv.swap(v);
	for (int i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < vv.size(); i++)
	{
		cout << vv[i] << " ";
	}
}

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介绍insert()与·earse()的用法，这两个函数的用法就与string中的有所不同。首先是insert()函数： 

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指定位置插入，要注意的是这里不再像string一样，用的size_t 的pos，vector虽然也可以用下标访问，但是为了承接后面STL其他不支持下标访问的容器，所以这边的pos用的是迭代器类型 

void Test8()
{
	vector<int> myvector(3, 100);
	vector<int>::iterator it = myvector.begin();
	//1.向指定位置插入一个元素
	it = myvector.insert(it, 200);
	cout << "myvector contains:";
	for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
		cout << ' ' << *it;
	cout << endl;
	//2.向指定位置插入n个元素
	myvector.insert(it, 2, 300);
	cout << "myvector contains:";
	for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
		cout << ' ' << *it;
	cout << endl;
	//3.向指定位置插入一段迭代器区间
	it = myvector.begin();
	vector<int> anothervector(2, 400);
	cout << "myvector contains:";
	for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
		cout << ' ' << *it;
	cout << endl;
	it = myvector.begin();
	myvector.insert(it + 2, anothervector.begin(), anothervector.end());
	//4.向指定位置插入一段迭代器区间
	int myarray[] = { 501,502,503 };
	myvector.insert(myvector.begin(), myarray, myarray + 3);
	cout << "myvector contains:";
	for (it = myvector.begin(); it < myvector.end(); it++)
		cout << ' ' << *it;
	cout << endl;
}

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erase()

 

，

删除单个元素： 当你需要删除向量中的某个特定元素时，可以使用 erase 函数，并传递一个指向该元素的迭代器。这将删除该元素，并使后续元素向前移动一个位置。

删除多个元素： erase 函数还可以接受两个迭代器参数，表示要删除的元素范围（左闭右开区间）。这允许你一次性删除多个连续的元素。

无论是哪种形式，erase 的返回值都是一个迭代器，指向被删除元素之后的位置（即第一个未被删除的元素）。如果删除的是容器中的最后一个元素或所有元素，则返回 vector::end() 迭代器。

void Test9()
{
	//1.删除迭代器所指元素
	vector<int> myvector;
	for (int i = 1; i <= 10; i++) 
		myvector.push_back(i);
	vector<int>::iterator it = myvector.erase(myvector.begin() + 5);
	it = myvector.erase(it);
	//2.删除一段迭代器区间
	it = myvector.erase(myvector.begin(), myvector.begin() + 3);
	cout << "myvector contains:";
	for (int i = 0; i < myvector.size(); ++i)
		cout << ' ' << myvector[i];
	cout << endl;
}

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虽然看起来vector的insert()和erase()与string的没有什么区别，但是仔细观察就可以发现我们每次使用完迭代器之后都会更新，这是为什么呢？

主要还是因为我们每次插入数组都可能发生扩容，而扩容分为就地扩容与异地扩容。如果发生的异地扩容，这时的迭代器就不在指向原来的空间，而就指向一块释放的内存，我们一旦继续访问就会报错，这种现象我们称为迭代器失效。为了避免出现这种情况，所以我们在使用完迭代器之后需要更新。

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