【C++】STL之vector类概述-1

简介: 【C++】STL之vector类概述

一、前言

大家好,在上一文中,我们重点介绍了 STL中的string类,明白了如何去操作字符串。本文我们将要来介绍的是STL中的vector类

二、vector的介绍及使用

1、vector的介绍

vector的文档介绍

  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,因为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(deque, list and forward_list), 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list和forward_list统一的迭代器和引用更好

2、常用接口细述

1)vector类对象的默认成员函数

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

① 构造函数

  • 首先的话我们来看构造函数,一共是有三种形式
  • 无参进行构造
  • 放入n个相同数据
  • 根据迭代器区间进行构造

其中的 allocator 是空间配置器,只是用于分配空间,目的为增加申请释放空间的效率

image.png

可以看到对于【vector】来说其为一个 模版类,所以我们在实例化的时候要声明其内置类型


template < class T, class Alloc = allocator<T> > class vector;

接下去,我们就到VS中来测试一下


void test_vector1()
{
  vector<int> v1;
  vector<int> v2(3, 2);
  string s("abcd");
  vector<int> v3(s.begin(), s.end());
}
  • 以下是调试后的结果。重点我们可以来说一说最后一种迭代器的方式,有同学看到我们存入进去的明明是a b c d四个字符,但是在调试的时候看到的为什么是97 98 99 100呢,原因就在于我们对于【v3】声明的内置类型为int,但是我们传递进去的却是char,所以在这中间产生了一个 隐式类型转换

image.png

  • 如果想要看到字符的话正确的形式应该改成下面这样


vector<char> v3;

💬 那有同学就说了,这个vector<char> v是不是和string s一样呢,存放的都是字符char

  • 这个呢是不可以的,对于前者来说默认是不存在\0的,需要我们去进行添加,但是对于后者来说是一个字符串,而对于字符串来说结尾是存在\0


vector<char> v;
string s;

💬 此时有同学又问,既然【vector】中可以存放char的话,那可不可以存放string

  • 这个呢肯定是可以滴,因为【vector】是一个模版类,其会根据所传入的类型去做一个自动类型的推导


vector<string> v;

💬 最后的话再来讲一种初始化的方式,那就是利用我们在C语言阶段所学习过的 指针,虽然表面上利用的是指针的一个偏移量来做的一个初始化工作,但是呢它在底层利用的还是 迭代器 的思维


void test_vector2()
{
  // 利用天然的迭代器 —— 指针进行初始化
  int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
  vector<int> v2(a, a + 4);
}
  • 一样通过调试来观察一下

image.png

② 拷贝构造

然后我们再来聊聊拷贝构造

image.png拷贝方式如下:


vector<int> v1(3, 2);
vector<int> v2(v1);

image.png

③ 赋值重载

讲完拷贝构造,那赋值重载一定不能少

image.png

  • 赋值重载用于对已存在的两个 vector 之间进行赋值,就是值之间的拷贝


v2 = v1;

image.png

  • 因此呢对于不同类型的数据就无法进行赋值


void test_vector3()
{
  vector<int> v1(3, 2);
  vector<char> v2;
  v2 = v1;
}

image.png

2)vector类对象的访问及遍历操作

① operator[]

首先对于访问元素来说的话,最常见的还是 下标 + [ ] 的形式

  • 下面是官方文档中的形式,虽然看起来很复杂,但是读者完全不用理会,会用就可以了


reference operator[] (size_type n);const_reference operator[] (size_type n) const;
  • 由于我在 string 中对这一块已经讲解得很详细了,它们在使用的时候很类似,此处就不细说了


void test_vector4()
{
  vector<int> v({ 1,2,3,4,5 });
  for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;
}

image.png

既然降到了这个operator[]的话,就顺带地提一下at()这个接口吧

  • 虽然这个接口并不是很常用,但是呢读者可以了解一下

image.png

  • 我们可以看到,使用at(下标)也是可以访问到对应元素的


for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
  cout << v.at(i) << " ";
}

image.png【温馨提示】:对于下标 + [] 的形式,出现问题会报断言错误;但是对于at(下标)来说,如果出现问题的话则会抛出异常

② 迭代器【⭐】

对于【vector】来说的话还是迭代器重要一些

迭代器作为 STL 六大组件,必然是绕不开的话题。库中也准备了多种的迭代器供使用者选择

image.png💬 首先的话来讲讲begin()end()

  • 和【string】中一样,每个迭代器也是具有两种形式,第一个呢是具有 读写 的,第二个则是 只读 的const迭代器

image.pngimage.png

  • 使用的方式还是一样,相信读者并不陌生


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

image.png

💬 然后的话再来讲讲rbegin()rend()

  • 那对应反向迭代器也是类似

image.pngimage.png

  • 反向迭代器呢顾名思义就是从反方向进行遍历


vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
  cout << *rit << " ";
  rit++;
}

image.png

③ 范围for

那么支持迭代器的话,一定支持范围for

  • 马上来看看吧


for (auto e : v)
{
  cout << e << " ";
}

image.png


这里的话再补充一点,说到这个迭代器的话我们还会想到的一点就是算法头文件 algorithm 中的一个库函数叫做【sort】

  • 可以先到官方文档中来看看,它有两个重载形式

image.png

  • 首先来用用第一个,传入一个迭代器的区间即可


sort(v.begin(), v.end());
  • 通过运行结果来看,排序出来的结果是默认升序的,这里就要涉及到【sort】函数的第二个重载形式,其最后一个参数其实是STL六大组件中的 ==仿函数==,这一块我会在后面的 STL之优先级队列 中讲解到

image.png

  • 不过的话这里可以先提一嘴,这个重载形式,默认传入的仿函数对象为less<int>(),这是一个小堆,代表升序;如果我们要进行升序排序的话,需要传入的仿函数对象为greater<int>(),其为一个大堆,代表降序


sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
  • 通过运行结果我们就可以观察到确实是进行了降序排序

image.png💬 那有同学说:除了正向迭代器以外,反向迭代器可不可以进行传递呢?

  • 这个当然是可以的,看到我在下面传递了反向迭代器,并且默认按照升序来进行排序,那么从后往前进行升序排序即为 从前往后进行降序排序


sort(v.rbegin(), v.rend());

image.png

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