【C++】vector的认识与使用

认识vector

vector：翻译过来是向量，矢量。但是学习过来，给我的感觉类似于顺序表，或者说是数组？？

• std::vector
• template < class T, class Alloc = allocator > class vector; // generic template

class T代表的是一个类型，是成员变量。

allocator代表的是空间配置器。

• vector是一个可以改变大小的代表数组的序列容器。
• 类似于数组，vector使用连续的存储位置存储元素，意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，并且和数组一样高效。但是不同于数组，其大小可以随着存储被容器自动处理而动态改变。
• 本质来将，vector使用动态分配数组来存储它的元素。对于数组而言，当新元素被插入的时候，数组为了增加存储空间需要被重新分配大小。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，vector并不会每次都重新分配大小。
• 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下进行增长的，以至于在末尾插入一个元素的时候可以提供摊销的恒定时间复杂度。
• 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。
• 与其他动态序列容器相比（deque，list，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。对于其他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。

vector的使用

在使用STL的三个境界：能用，明理，能扩展。

在介绍vector的时候，需要结合文档来学习：链接: vector

Member functions（成员函数）

构造函数(constructor)

• std::vector::vector
• 构造vector
• 构造一个vector容器，根据使用的构造函数版本初始化其内容
• default (1)
  explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type());
  无参构造函数（默认构造）
  构造一个没有任何元素的空的容器

vector<int> v1;

• fill (2)
  explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(),
  const allocator_type& alloc = allocator_type());
  fill构造函数
  构造一个有n个元素的容器，每一个元素都是val的值。

vector<int> v2(10, 1);
  vector<char> v3(5, 'x');
  vector<string> v4(6, "hello");

• range (3)
  template < class InputIterator >
  vector (InputIterator first, InputIterator last,
  const allocator_type& alloc = allocator_type());
  range构造函数
  构造一个函数，其中包含与范围（first,last）一样长的元素，每一个元素以相同的顺序从该范围内的相应元素构造。

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v5(a, a + 4);

这种方式可以使用自己的迭代器进行构造：

vector<int> v1(10, 1);
  vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());

同时也可以使用其他容器的迭代器：

string str("hello world");
  vector<char> v(str.begin(), str.end());

【说明】STL中包括容器（存储数据）和算法（对数据进行处理），在算法中有一个sort()函数，头文件为< algorithm >，就是使用迭代器进行排序的。

下面进行升序排序操作：

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  sort(v.begin(), v.end());
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

下面进行降序排序操作:

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  greater<int> g;
  sort(v.begin(), v.end(), g);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

降序操作也可以写成匿名对象的方式：

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

其他容器也是允许被排序的，例如string类，数组等等。

• copy (4)
  vector (const vector& x);
  拷贝构造
  构造一个函数，其中包含x中的每一个元素的副本，顺序相同。

vector<int> v6(10, 2);
  vector<int> v7(v6);

【注意】了解vector的基本原理之后，可以觉得vector已经可以代替string了，但是这是不可取的。

vector< char > 不能代替string的原因：

首先俩者是存在不同点的，string后面保证会出现’\0’，这是为了像C兼容，而vector是不会自动出现"\0"的，需要手动添加，而手动添加的代价就是难免会忘记。同时，string的接口是要比vector更加丰富的，很多关于string的专业接口函数。例如：vector的比较大小相较于string类的比较大小是没有意义的。

vector是针对所有类型的，同时vector也是可以引用string类的。

vector<string> v;

可以向string类型的vector添加字符串：

string name1("大柏");
  v.push_back(name1);

这里可以替换成匿名对象

v.push_back(string("大柏"));

也可以直接添加字符串:

v.push_back("大柏");

需要注意的是，这里直接添加字符串是相当于隐式类型转换，将字符串先进行拷贝构造，然后再进行构造，系统会直接优化成直接构造。

析构函数(destructor)

• std::vector::~vector
• ~vector();
• 析构函数
• 销毁容器对象

赋值构造函数(operator=)

• std::vector::operator=
• copy (1)
  vector& operator= (const vector& x);
• 分配内容

vector<int> v1(10, 5);
  vector<int> v2;
  v2 = v1;

Iterators（迭代器）

begin

• std::vector::begin
• iterator begin();
• const_iterator begin() const;
• 返回指向开始的迭代器

end

• std::vector::end
• iterator end();
• const_iterator end() const;
• 返回指向结尾的迭代器

【注意】迭代器无const可以进行读写，而有const只能进行度。

vector<int> v(10, 5);
  vector<int>::iterator it = v.begin();
  while (it != v.end())
  {
    cout << *it << " ";
    ++it;
  }
  cout << endl;

rbegin

• std::vector::rend
• reverse_iterator rend();
• const_reverse_iterator rend() const;
• 返回指向反向结尾（开头）的反向迭代器

rend

• std::vector::rend
• reverse_iterator rend();
• const_reverse_iterator rend() const;
• 返回指向反向开头（结尾）的反向迭代器。

使用反向迭代器也可以进行排降序：

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  sort(v.rbegin(), v.rend());
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

Capacity（容量）

size

• std::vector::size
• size_type size() const;
• 返回大小

vector<int> v(10, 5);
  cout << v.size() << endl;

max_size

• std::vector::max_size
• size_type max_size() const;
• 返回最大存储

【注意】不同的平台，最大的存储值不同

vector<int> v(10, 5);
  cout << v.max_size() << endl;

resize

• std::vector::resize
• void resize (size_type n, value_type val = value_type());
• 改变大小

vector<int> v(10, 5);
  v.resize(20, 1);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

capacity

• std::vector::capacity
• size_type capacity() const;
• 返回分配存储容量的大小

下面是一段测试默认扩容机制

// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
  size_t sz;
  vector<int> v;
  sz = v.capacity();
   cout << "making v grow:\n";
   for (int i = 0; i < 100; ++i) 
   {
     v.push_back(i);
     if (sz != v.capacity()) 
     {
      sz = v.capacity();
      cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
       }
   }
}

使用这段代码分别在vs环境下和gcc环境下测试会发现，vs下capacity是以1.5倍增长的，而gcc环境下capacity是以2倍增长的。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。

empty

• std::vector::empty
• bool empty() const;
• 测试容器是否为空

vector<int> v1(10, 5);
  vector<int> v2;
  cout << v1.empty() << endl;
  cout << v2.empty() << endl;

reserve

• std::vector::reserve
• void reserve (size_type n);
• 请求改变容量

vector<int> v(10, 5);
  v.reserve(30);
  cout << v.capacity() << endl;

【注意】

1.使用reserve时是不允许使用下标[ ]的，这是因为下标[ ]在使用时需要调用size，而reserve不会改变size。

2.使用reserve需要添加数据时，可以使用push_back；使用resize添加数据时，可以使用下标+[ ]。这是因为reserve只能开辟空间，并不能改变size大小；而resize不仅可以开辟空间，同时也会改变size

Element access（元素访问）

operator[]

• std::vector::operator[]
• reference operator[] (size_type n);
• const_reference operator[] (size_type n) const;
• 访问元素

vector<int> v(10, 5);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    v[i] = i;
  }

at

• std::vector::at
• reference at (size_type n);
• const_reference at (size_type n) const;
• 访问元素

vector<int> v(10, 5);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    v.at(i) = i;
  }

【注意】使用下标+[ ]与at基本没有差别，唯一的差距是，使用下表+[] 报错时会断言，而使用at报错时会抛异常。

front

• std::vector::front
• reference front();
• const_reference front() const;
• 访问第一个元素

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  cout << v.front() << endl;

back

• std::vector::back
• reference back();
• const_reference back() const;
• 访问最后一个元素

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  cout << v.back() << endl;

Modifiers（修饰符）

assign

• std::vector::assign
• range (1)
  template < class InputIterator>
  void assign (InputIterator first, InputIterator last);
• fill (2)
  void assign (size_type n, const value_type& val);
• 分配元素内容

vector<int> v(10, 5);
  v.assign(20, 1);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

push_back

• std::vector::push_back
• void push_back (const value_type& val);
• 在后面添加元素

vector<int> v(10, 5);
  v.push_back(1);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

pop_back

• std::vector::pop_back
• void pop_back();
• 删除最后一个元素

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  v.pop_back();
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

insert

• std::vector::insert
• single element (1)
  iterator insert (iterator position, const value_type& val);
• fill (2)
  void insert (iterator position, size_type n, const value_type& val);
• range (3)
  template < class InputIterator >
  void insert (iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
• 插入元素

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  v.insert(v.begin() + 2, 15);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

erase

• std::vector::erase
• iterator erase (iterator position);
• iterator erase (iterator first, iterator last);
• 删除元素

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v(a, a + 4);
  v.erase(v.begin() + 1);
  for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
  {
    cout << v[i] << " ";
  }
  cout << endl;

swap

• std::vector::swap
• void swap (vector& x);
• 交换内容

int a[4] = { 4,27,22,20 };
  vector<int> v1(a, a + 4);
  vector<int> v2(10, 5);
  v1.swap(v2);

clear

• std::vector::clear
• void clear();
• 清理内容

vector<int> v2(10, 5);
  v2.clear();