【c++丨STL】vector的使用
【c++丨STL】vector的使用
前言
之前我们学习了string类的使用及模拟实现，相比c语言的字符串，它的功能更强，安全性更高，操作方式更便捷。然而，在处理更复杂的数据集合时，仅仅依赖字符串往往显得力不从心，尤其是当我们需要管理一系列具有相同类型的数据项时，如一系列的数字、字符或甚至是其他字符串。这时，一个更为强大且灵活的数据结构——向量（vector）便应运而生。
本篇文章，我们将介绍vector并深入探讨其使用方法。
vector相关接口查阅：
vector简要介绍
vector是STL中的一种容器，它用于表示可变大小的数组，底层使用动态顺序表实现。相比传统的数组，vector附带了一系列操作接口，并且由于内存是动态分配的，所以不必担心插入元素时内存不足的问题。由于vector强大的功能和灵活性，我们在c++编程中经常使用vector来表示内存连续的序列。
我们使用vector时，要引头文件<vector>，并且该容器定义在命名空间std当中。
一、vector的默认成员函数
vector显示实现的默认成员函数如下：
构造函数(constructor)
vector一共有6个构造函数，其中最常用的有5个：
函数原型 | 功能说明 |
|---|---|
vector(); | 无参构造（忽略空间配置器），创建一个空的数组 |
vector(size_type n, const value_type& val); | 用n个val值构造一个对象 |
vector(const vector& x); | 拷贝构造，用对象x构造另一个vector对象 |
vector(InputIterator first, InputIterator last); | 迭代器区间构造，用一个vector对象的一部分构造另一个vector对象 |
vector (initializer_list<value_type> il); | 初始化器构造，类似于数组初始化的方式（大括号） |
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
void print(vector<int>& v)
{
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v1;//无参构造，创建一个整形空数组
vector<int> v2(3, 5);//n个val值构造
vector<int> v3(v2);//拷贝构造
vector<int> v4(v3.begin() + 1, v3.end());//迭代器区间构造
vector<int> v5({ 1,2,3,4,5 });//初始化器构造
print(v1);
print(v2);
print(v3);
print(v4);
print(v5);
return 0;
}
这里需要注意：vector的本质是一个类模板，我们在定义时需要配合"< >"标明其元素类型。
析构函数(destructor)
析构函数用于释放动态分配的内存空间，在对象声明周期结束时自动调用。
赋值运算符重载operator=
赋值重载用于完成已经存在的对象的拷贝赋值。这三个赋值重载函数中，第一个和第三个比较常用：
函数原型 | 功能说明 |
|---|---|
vector& operator=(const vector& x); | 将一个vector对象赋值给另一个vector对象 |
vector& operator=(initializer_list<value_type> il); | 用初始化器给对象赋值 |
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
void print(vector<int>& v)
{
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2({ 1,2,3,4,5 });
v1 = v2;//将v2赋值给v1
print(v1);
v1 = { 5,4,3,2,1 };//初始化器赋值
print(v1);
return 0;
}
二、vector的容量接口
vector的容量接口有七个，我们介绍几个比较常用的容量接口：
size和capacity
size用于获取vector中数据元素的个数。注意：元素个数并不等同于空间容量。
capacity用于获取当前为数组分配的空间容量，以元素表示。在任何情况下，size都小于等于capacity。 不同编译器对插入元素时capacity的增长量设置可能不同，vs下基本按照1.5倍增长，而g++下按照2倍增长。
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1;
vector<int> v2(10, 1);
vector<int> v3;
for (int i = 0; i < 10; i++) v3.push_back(1);//插入10个元素
cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
cout << "v2 size:" << v2.size() << " capacity:" << v2.capacity() << endl;
cout << "v3 size:" << v3.size() << " capacity:" << v3.capacity() << endl;
return 0;
}
resize和reserve
resize的作用是改变容器的size。 如果参数n的值小于当前size，则该函数会将size调整为n值，并且删除超出的元素。 如果参数n的值大于当前size，则会在末尾插入元素至size等于n值。如果我们传了val参数，则后续插入的元素被初始化为val的副本；如果没有传val参数，则会调用其构造函数来初始化元素（实际上，内置类型也有"构造函数"，内置类型默认构造初始化的结果一般为0）。另外，如果参数n的值也大于capacity的值，则容器会额外分配空间便于插入元素。 注意：该函数本质是通过插入或删除元素来改变size的值。
reserve的作用是为容器预留空间（增容）。 如果参数n小于等于当前容量，则不会进行任何操作。 如果参数n大于当前容量，则该函数使容器重新分配其存储空间，将其容量增加到n（或更大）。 注意：该函数对容器内的元素不会有任何影响。
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
v1.resize(10);
cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
v1.reserve(20);
cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
return 0;
}
empty
empty用于判断容器是否为空（即元素个数是否为0）。如果为空，返回true；否则返回false。 该函数不会修改容器的元素内容。
三、vector的迭代器接口
vector的迭代器和string使用方法类似，我们都可以通过迭代器接口来获取迭代器，进而访问数据元素。
begin和end
begin返回指向首元素的正向迭代器，而end返回指向末尾元素“后一位”的正向迭代器。
代码举例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); it++)
{
cout << *it << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
rbegin和rend
rebegin返回指向末尾元素的反向迭代器，rend返回指向首元素“前一位”的反向迭代器。
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
for (auto it = v1.rbegin(); it != v1.rend(); it++)
{
cout << *it << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
cbegin、cend、crbegin、crend
这四种迭代器是在前四种迭代器的基础上修改为只能进行读操作，不可修改指向的值。这里不再赘述。
四、vector的元素访问接口
元素访问接口便于我们访问和修改容器内的元素。
operator[ ]
operator[ ]可以让我们像访问数组元素一样访问和修改容器中的元素。它的使用方法与下标引用操作符相同。这里需要注意：可移植程序不应该使用超出范围的参数n调用此函数，因为这会导致未定义的行为。
代码举例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1[i] << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
at
at的作用与operator[ ]相同，该函数需要传入的参数对应数组下标。与operator[ ]不同的是：如果越界访问，at会抛出异常，而operator[ ]会导致未定义行为。
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
{
cout << v1.at(i) << ' ';
}
cout << endl;
return 0;
}
front和back
front返回容器首元素的引用，而back返回容器末尾元素的引用。我们可以使用这两个函数来访问或修改容器的首尾元素。
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
cout << v1.front() << endl;
cout << v1.back() << endl;
return 0;
}
五、vector的增删查改
push_back
push_back的功能是尾插一个元素，该元素被初始化为val的副本。当容量不足时会自动扩容。
pop_back
pop_back用于删除尾部元素。
insert
insert用于在指定位置进行插入。这里的位置需要用迭代器进行指定。该函数支持单个元素插入、n个val值插入、迭代器区间插入以及初始化器插入。完成插入操作后，它会返回新插入部分首元素的正向迭代器。
使用举例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
void print(vector<int>& v)
{
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
print(v1);
v1.insert(v1.end(), 10);//元素插入
print(v1);
v1.insert(v1.end(), 3, 7);//n个val值插入
print(v1);
v1.insert(v1.end(), v1.begin(), v1.end());//迭代器区间插入
print(v1);
v1.insert(v1.end(), { 9,9,9,9,9 });//初始化器插入
print(v1);
return 0;
}
erase
erase的作用是删除指定位置的元素或区间。指定的元素或区间都需要用迭代器表示。函数的返回值是删除部分的后一个位置的正向迭代器。
代码举例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
void print(vector<int>& v)
{
for (int i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] << ' ';
}
cout << endl;
}
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
print(v1);
v1.erase(v1.begin() + 3);//删除元素
print(v1);
v1.erase(v1.begin() + 1, v1.begin() + 4);//删除区间
print(v1);
return 0;
}
swap
swap用于交换两个vector容器的内容。
当然，与string相同，它也有一个非成员函数版的swap：
clear
clear的作用是将容器中的所有元素清除，并且将size置为0。
find
在vector的成员函数中，我们发现并没有用于查找的函数（find），那么如何进行查找呢？答案是使用STL实现的通用find。该find函数定义在算法库<algorithm>当中，用于容器元素的查找。它接受两个迭代器参数和一个值参数，表示需要查找的区间和值。如果找到了，函数会返回指向第一个查找到的元素的迭代器，否则返回尾迭代器。
使用举例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
int n = 0;
while (cin >> n)
{
if (find(v1.begin(), v1.end(), n) != v1.end())
{
cout << "找到了" << endl;
}
else
{
cout << "没找到" << endl;
}
}
return 0;
}
六、vector灵活运用：创建字符串数组
之前提到，vector本质是一个类模板，我们可以自由设定容器的元素类型。那么，是否可以用vector创建一个字符串数组呢？
代码示例：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
vector<string> v;
v.push_back("hello");
v.push_back("world");
for (auto& e : v)
{
cout << e << ' ';
}
cout << endl;
}
在上述代码中，我们传入模板参数“string”，这使得vector容器内的每一个元素都是一个string对象，这样就可以用vector来存储多个字符串了。由于c++自动调用自定义成员构造函数和析构函数的特性，我们也无需担心初始化与空间释放问题。当然我们也可以使用" vector<vector<int>> "来创建一个动态的二维数组，运用方式十分灵活。
总结
今天我们学习了STL另一个容器--vector的使用。不难发现，它的许多接口名称与string是相同的，这种实现方式也有助于我们学习、使用和理解STL各种各样的容器。之后博主会带大家深入学习vector的底层原理，并尝试模拟实现。如果你觉得博主讲的还不错，就请留下一个小小的赞在走哦，感谢大家的支持❤❤❤
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