【c++篇】：掌握vector基础知识--基本操作与使用全知道

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前言

在C++的庞大标准模板库（STL）中，std::vector无疑是最为常用且功能强大的容器之一。它以其高效的内存管理和灵活的动态数组特性，成为了程序员们处理数据的首选工具。无论是初学者还是资深开发者，std::vector都是他们日常编程工作中不可或缺的一部分。在这篇文章中，我们将深入探讨std::vector的基本操作和使用方法。我们将从std::vector的创建和初始化开始，逐步学习如何向std::vector中添加元素、删除元素、访问元素以及进行其他常见操作。希望这篇文章对你的学习有所帮助。

一.vector的基本概念

1.定义

vector是一个能存储任意类型对象的序列容器，这些对象在容器中有序存储，也就是说，vector底层就是顺序表。它允许在序列的末尾快速的增加或删除元素，并支持通过索引直接访问任意位置的元素。vector是模版类，可以存储任意类型的对象，包括自定义类型。

2.主要特性和优点

在C语言中，对于顺序表的处理大多都是使用数组，而c++中则是可以通过使用vector容器达到顺序存储的目的，相较于数组来说，vector使用起来会更加方便。下面将会通过对比传统数组来讲解vector的主要特性和优点。

• 大小调整：普通数组在声明时需要指定固定的大小，且大小在声明后不可改变。而vector是一种动态数组，它可以根据需要自动调整大小，不需要预先指定固定大小。

• 内存管理：数组内数据通常存储在栈上，需要手动管理内存空间，包括分配和释放，容易引发内存泄漏或者野指针等问题。而vector中数据存储在堆上，它自动处理内存的分配和释放，减少了内存管理方面的错误。

• 边界检查：直接使用数组时，程序员需要自己负责确保索引不会越界，否则会导致未定义行为。虽然vector没有内置的边界检查机制，但可以通过迭代器和成员函数如at()进行安全访问。

• **操作方式：**使用数组时，对于数据的处理通常需要我们自己来手写函数操作，而vector提供了丰富的成员函数，如push_back()，insert()，erase()，size()，capacity()等函数，这些函数使用我们对vector的操作标的非常灵活和方便。

二.vector的基本操作和使用

1.创建vector对象

• 默认构造函数：

  创建一个空的vector对象

  vector<int> v1;
  

• 填充构造函数：

  • 创建一个指定数量元素的vector对象，每个元素默认值为0

  • //创建一个包含5个整数的vector，每个整数都为0
    vector<int> v2(5);
    

  • 创建一个指定数量和指定数值的vector对象

  • //指定个数为5，指定数值为10
    vector<int> v3(5,10);
    

• 列表初始化：

  使用初始化列表创建和初始化vector对象

  vector<int> v4={1,2,3,4};
  

• 复制构造函数：

  • 使用一个已经存在的vector对象拷贝构造一个新的vector对象

  • vector<int> v4={1,2,3,4};
    vector<int> v5(v4);
    

  • 将一个已经存在的vector对象赋值给另一个已存在的对象

  • vector<int> v4={1,2,3,4};
    vector<int> v6;
    v6=v4;
    

• 使用迭代器范围初始化：

  • 使用另一个容器（数组或vector对象）的迭代器范围来初始化vector对象

  • 使用数组：

    int array[]={1,2,3,4,5};
    vector<int> v7(array,array+5);
    

  • 使用vector：

    vector<int> v4={1,2,3,4,5};
    vector<int> v8(v4.begin(),v4.end());
    

• 二维vector的创建：

  vector<vector<int>> vv;
  //初始化第一维，大小为5
  vv.resize(5);
  //初始化第二维，每个元素大小为5
  for(size_t i=0;i<vv.size();i++){vv[i].resize(5);
  }
  

2.元素访问和迭代器

元素访问

和string一样，同样可以使用下标+[]和at()函数。

• 下标操作符[]：

  • 不进行边界检查，如果访问越界，在debug版本中会触发assert错误，在release版本中可能不会检查错误，导致未定义行为。

  • 示例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    //访问下标为2的元素
    int val=v1[2];
    

• at()函数：

  • 与下标操作符不同，at()函数会进行边界检查，如果访问越界，会抛出std::out_of_range异常。

  • 示例代码：

    vector<int> v2={1,2,3,4,5};
    //访问下标为3的元素
    int val=v2.at(3);
    

迭代器

和string一样，vector的迭代器同样可以访问和遍历容器中元素。迭代器实质上是一个指向容器中元素的指针，但它比普通的指针更加通用和灵活。

• 获取迭代器：

  • 通过调用vector的成员函数begin()和end()，可以获取指向容器第一个元素和最后一个元素之后位置的迭代器。

  • 示例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    //获取begin位置的迭代器
    vector<int>::iterator it=v1.begin();
    //获取end位置的迭代器
    vector<int>::iterator rit=v1.end();
    

• 使用迭代器访问元素：

  • 通过解引用迭代器（使用*操作符），可以访问迭代器指向的元素。

  • 示例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    //获取begin位置的迭代器
    vector<int>::iterator it=v1.begin();
    //获取end位置的迭代器
    vector<int>::iterator rit=v1.end();int val1=*it;
    int val2=*（rit-1）;
    

• 遍历容器：

  • 通过递增迭代器（使用++操作符），可以遍历整个容器。

  • 示例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    vector<int>::iterator it=v1.begin();
    while(it!=v1.end()){cout<<*it<<" ";it++;
    }//输出结果：1 2 3 4 5
    

3.大小和容量

• 大小和容量：

  • size():返回vector对象有效长度（也就是顺序表存储的个数个数）capacity():返回当前分配的存储空间的大小（空间总大小），这个值可能大于或等于size()返回的值。

  • 实例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    //输出对象v1的大小和容量
    cout<<v1.size()<<" "<<v1.capacity()<<endl;
    

• 扩容：

  • reserve(n):如果n大于原容量，更改容量(capacity)为n，小于原本容量时，保持不变，该函数不会改变原本的大小(size)，只是确保有足够的空间来存储至少n个元素。

  • 实例代码：

    vector<int> v1={1,2,3,4,5};
    //将v1的容量扩为5
    v1.resize(10);
    

  • resize(n)：将vector对象的大小调整为n，如果n大于当前的大小，则用默认元素（通常为0，如果使用reserve(n,m)则是元素m）填充新位置；如果n小于当前vector对象的大小，则发生截断。

  • 实例代码：

    vector<int>v1={1,2,3,4,5,6,7,8};
    //将v1的容量扩大为15,新的空间用数值100填充
    //v1:1,2,3,4,5,6,7,8,100,100,100,100,100,100,100
    v1.resize(15,100)；
    //将v1的容量缩小为5，发生截断
    //v1:1,2,3,4,5
    

4.修改元素

在C++标准库中的vector是一个动态数组，它允许在运行时进行元素的插入和删除。以下是一些常用的插入和删除函数及其用法：

插入函数

1. push_back

   • 功能：在容器的末尾添加一个元素。

   • 用法：void push_back (const value_type& val)

   • 示例：

     vector<int> v;
     //v中增加元素10
     v.push_back(10);
     

2. insert

   • 功能：在指定位置插入一个或多个元素。

   • 用法：

     

   • 示例：

     vector<int> vec = {1, 2, 4};
     // 在位置2插入3
     vec.insert(vec.begin() + 2, 3);
     //vec:1,2,3,4vector<int> more = {5, 6};
     // 在末尾插入more中的所有元素
     vec.insert(vec.end(), more.begin(), more.end()); 
     //vec:1,2,3,4,5,6
     

删除函数

1. erase

   • 功能：删除指定位置的元素或删除指定范围内的元素。

   • 用法：

     

   • 示例：

     std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
     // 删除位置2的元素（值为3）
     vec.erase(vec.begin() + 2); 
     //vec:1,2,4,5// 删除前两个元素
     vec.erase(vec.begin(), vec.begin() + 2); 
     //vec:4,5
     

2. clear

   • 功能：删除容器中的所有元素，使容器变为空。
   • 用法：void clear();
   • 示例：

     vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
     // 删除所有元素
     vec.clear();  
     //vec:空
     

3. pop_back

   • 功能：删除容器末尾的元素。
   • 用法：void pop_back();
   • 示例：

     vector<int> vec = {1, 2, 3};
     // 删除末尾元素（值为3）
     vec.pop_back(); 
     //vec:1,2
     

这些函数提供了灵活的方式来管理vector中的元素，允许在运行时动态地添加和删除元素。

以上就是关于如何熟练使用vector的讲解，本篇文章主要是简单地认识一下vector，在下一篇模拟实现vector中将会重点对vector进行讲解。最后本篇文章如果哪里有错的话，可以在评论区指正，也欢迎大家一起讨论学习，如果对你的学习有帮助的话，点点赞关注支持一下吧！！！