【C++ STL】vector类最全详解（什么是vector?vector类的常用接口有哪些？）

目录

一、前言

二、什么是vector ?

💦 vector的基本概念

💦vector的作用是什么

💦总结

三、 vector的(一维)定义

四、vector(一维)常用接口的使用

 💦vector的常见构造（初始化）

 💦vector的遍历及迭代器的操作

① operator[ ] 

② at ( ) 

③迭代器 

③ 范围for 

 💦vector的常见容量操作

① size

② capacity 

③ reserve（⭐）

④ resize（⭐）

⑤【reserve】和【resize】在使用中的易错点

⑥ empty

 💦vector的常见访问操作

 💦vector的常见修改操作

① push_back

② pop_back

③ insert

④ erase

⑤ swap

⑥ find

 五、共勉

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一、前言

        最近在刷leetcode的时候，发现vector都还没弄明白吗，但是STL的强大是众所周知滴，早晚都是要解决滴，因此专门写下这篇文章，以供自己复习和各位老铁使用，快速的回忆vector的用法，让你找回自信，不用再竞赛的时候颜面尽失。

       本次博客主要讲解vector的一维用法，由于篇幅过长，vector的二维用法，下一篇博客来阐述，请大家持续关注我O！!

二、什么是vector ?

        向量（Vector）是一个封装了动态大小数组的顺序容器（Sequence Container）。跟任意其它类型容器一样，它能够存放各种类型的对象。可以简单的认为，向量是一个能够存放任意类型的动态数组。

💦 vector的基本概念

     Vector的数据安排以及操作方式，与array(数组)非常相似，两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性。 

• Array是静态空间，一旦配置了就不能改变，要换大一点或者小一点的空间，可以，一切琐碎得由自己来，首先配置一块新的空间，然后将旧空间的数据搬往新空间，再释放原来的空间。
• Vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素。因此vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必害怕空间不足而一开始就要求一个大块头的array（数组）了。

          Vector的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率，一旦vector旧空间满了，如果客户每新增一个元素，vector内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为所谓的扩充空间(不论多大)，一如刚所说，是”配置新空间-数据移动-释放旧空间”的大工程,时间成本很高，应该加入某种未雨绸缪的考虑，稍后我们便可以看到vector的空间配置策略。

 💦vector的作用是什么

        vector是C++标准模板库中的部分内容，中文偶尔译作“容器”，但并不准确。它是一个多功能的，能够操作多种数据结构和算法的模板类和函数库。vector之所以被认为是一个容器，是因为它能够像容器一样存放各种类型的对象，简单地说，vector是一个能够存放任意类型的动态数组，能够增加和压缩数据。

 💦总结

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

三、 vector的(一维)定义

        单独定义一个vector：

vector name;

        上面这个定义其实相当于是一维数组name[size]，只不过其size可以根据需要进行变化，这就是“变长数组”的名字的由来。

        这里的typename可以是任何基本类型，例如int、double、char、结构体等，也可以是STL标准容器，例如string、set、queue、vector等。

        注意：使用前必须加上头文件：

代码展示:

#include #include using namespace std;
int main()
{
	int a[3];   // 正常定义的----静态数组
	vector str_a;   // vector定义的----动态数组
	char b[3];
	vector str_b;
    return 0;
}

效果展示:

四、vector(一维)常用接口的使用

 💦vector的常见构造（初始化）

接口名称	接口说明
vector ();（⭐）	无参构造（构造一个没有元素的空容器，size = 0）
vector (size_type n, const value_type& val = value_type());	构造一个包含 n 个元素的容器，元素值为 val
vector (const vector& x); （⭐）	拷贝构造
template vector (InputIterator first, InputIterator last);（函数模板）	使用迭代器进行初始化构造 [first,last)

注意： ⭐表示重点掌握

方式一： 构造一个某类型的空容器：

vector<数据类型> 函数名; 初始化为空。

vector v1; //构造int类型的空容器

方式二： 构造一个含有n个val的某类型容器：

vector<数据类型> 函数名(a,b).定义a个空间，都初始化为b。

vector v2(10, 2); //构造含有10个2的int类型容器

方式三： 拷贝构造某类型容器的复制品：
vector<数据类型> 函数名1（函数名2），把动态数据2复制给动态数组1

vector v3(v2); //拷贝构造int类型的v2容器的复制品

方式四： 使用迭代器拷贝构造某一段内容：
vector<数据类型> 函数名1(函数名2.begin(),函数名2.end())把动态数组2复制给动态数组1。

vector v4(v2.begin(), v2.end()); //使用迭代器拷贝构造v2容器的某一段内容

方式五：迭代器构造函数也可以使用数组来进行构造，传的区间是左闭右开

vector<数据类型> 函数名(a,a+sizeof(a)/sizeof(数据类型))，把普通数组a复制给动态数组。

注意：该方式也可用于拷贝其他容器的某一段内容。

string s("hello world");
vector v5(s.begin(), s.end()); //拷贝构造string对象的某一段内容

代码展示1（实用）:

#include #include using namespace std;
int main()
{
    std::vector first;                               // 构造一个没有元素的空容器
    std::vector second(2, 10);                       // 2个值为10的整数
    std::vector third(second.begin(), second.end()); // 迭代器构造
    std::vector fourth(third);                       // 拷贝构造
    // 迭代器构造函数也可以使用数组来进行构造，传的区间是左闭右开
    // 因为指向数组空间的指针是天然的迭代器
    int arr[] = { 16,2,77,29 };
    std::vector fifth(arr, arr + 4);
    // std::vector fifth (arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int) );
    // first : []
    // second: [10,10]
    // third : [10,10]
    // fourth: [10,10]
    // fifth : [16,2,77,29]
    return 0;
}

效果展示：

代码展示2（不实用）:

void test2()
{
	// 用其它容器的迭代器初始化，只要数据d类型可以匹配上
	string s("hello");
	vector v(s.begin(), s.end());
	for (auto& e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

 💦vector的遍历及迭代器的操作

接口名称	使用说明
operator[ ]（⭐）	小标 + [ ]
at	小标 + ( )
迭代器（⭐）	begin()  + end()  或者  rbegin() + rend()
范围for	C++11支持更简单的for的新遍历方式（底层还是借用迭代器实现）

注意： ⭐表示重点掌握

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

代码展示

#include #include using namespace std;
int main()
{
	vector v(5, 1);
	//使用“下标+[]”的方式遍历容器
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		cout << v[i] << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

效果展示：

② at ( ) 

• 我们可以看到，使用at(下标)也是可以访问到对应元素的
  • 虽然这个接口并不是很常用，但是呢读者可以了解一下

    代码展示:

    int main()
    {
    	vector v(5, 1);
    	//使用“下标+()”的方式遍历容器
    	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
    	{
    		cout << v.at(i) << " ";
    	}
    	cout << endl;
    	return 0;
    }

    效果展示：

③迭代器 

接口名称	使用说明
begin()	返回指向第一个元素的迭代器
end()	返回指向最后一个元素的下一个位置的迭代器
rbegin()	返回指向最后一个元素的反向迭代器
rend()	返回指向第一个元素的前一个位置的反向迭代器

 begin和end

• 通过begin函数可以得到容器中第一个元素的正向迭代器，通过end函数可以得到容器中最后一个元素的后一个位置的正向迭代器。

  正向迭代器遍历容器：

  #include #include using namespace std;
  int main()
  {
  	vector v(10, 2);
  	//正向迭代器遍历容器
  	vector::iterator it = v.begin();
  	while (it != v.end())
  	{
  		cout << *it << " ";
  		it++;
  	}
  	cout << endl;
  	return 0;
  }
  

rbegin和rend

• 通过rbegin函数可以得到容器中最后一个元素的反向迭代器，通过rend函数可以得到容器中第一个元素的前一个位置的反向迭代器。

  反向迭代器遍历容器：

  #include #include using namespace std;
  int main()
  {
  	vector v(10, 2);
  	//反向迭代器遍历容器
  	vector::reverse_iterator rit = v.rbegin();
  	while (rit != v.rend())
  	{
  		cout << *rit << " ";
  		rit++;
  	}
  	cout << endl;
  	return 0;
  }
  

③ 范围for 

如果支持迭代器的话，一定支持范围for

• 马上来看看吧

  int main()
  {
  	vector v(2, 10);
  	for (auto e : v)
  	{
  		cout << e << " ";
  	}
  	cout << endl;
  	return 0;
  }

 💦vector的常见容量操作

容量空间	接口说明
size	返回容器中有效元素个数
capacity	返回分配的存储容量大小（即有效元素的最大容量）
resize（⭐）	调整容器的有效元素大小(size)
reserve（⭐）	调整容器的容量大小（capacity）
empty	判断容器是否为空

注意： ⭐表示重点掌握

① size

• 首先的话来讲讲size()，其表示为当前容器中的数据个数

  void test_vector6()
  {
  	vector v(10, 1);
  	cout << v.size() << endl;
  }
  

  • 我们来看到这个执行结果，初始化时我们为容器中放入了10个1，那么其size即为10

② capacity 

• 对于【capacity】来说，就是容量大小，这里可以看到其与capacity是一同增长的，也为10

---

• 下面我们来看一下【vector】的默认扩容机制

  下面是我们的测试代码

  // 测试vector的默认扩容机制
  void TestVectorExpand()
  {
  	size_t sz;
  	vector 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';
  		}
  	}
  }
  

  • 通过运行结果我们可以发现，在VS下的扩容机制是呈现 1.5 进行增长的，其STL是【P.J.版本】
    • 但是呢，在 Linux 下却始终是呈现的一个2倍的扩容机制，其STL是【SGI版本】

 ③ reserve（⭐）

• 首先的话是【reserve】，它的主要功能是 开空间，避免频繁扩容

  测试代码如下：

  void TestVectorExpandOP()
  {
  	vector v;
  	size_t sz = v.capacity();
  	v.reserve(100); // 提前将容量设置好，可以避免一遍插入一遍扩容
  	cout << "making bar 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';
  		}
  	}
  }
  

④ resize（⭐）

• 【resize】的功能则是 开空间 + 初始化，并且填上默认值
  • 这一块我们要通过调试来进行观察，首先看到没有resize的样子
    • 然后我们传递一个值进去看看，看到调试窗口中的size发生了变化，而且新增了3个为0的数据值

      v.resize(3);
      

 ⑤【reserve】和【resize】在使用中的易错点

• 接下去请读者观察一下下面这段代码，然后看看其中有什么问题？

  void test_vector8()
  {
      vector v1;
      v1.reserve(10);		
      for (size_t i = 0; i < 10; i++)
      {
          v1[i] = i;	
      }
  }
  

  • 然后我将程序运行起来，发现报出了错误❌

    
    💬 有同学说：感觉这代码也没什么错呀？怎么会有错误呢？

    •  大家要关注前面的reserve(10)，我们在上面说到对于【reserve】而言只是做的扩容而已，即只变化capacity，而不会变化size
    • 另一点，对于v1[i]我们上面在讲元素访问的时候有说到过，这是下标 + []的访问形式，在出现问题的时候会直接给出断言错误。因为这里我们在【reserve】的时候只是开出了指定的空间，但size还是为0，此时去访问的时候肯定就出错了

      ---

      正确的改进方法应该是像下面这样的：

      • 如果我们要使用下标 + [] 的形式去访问元素的话，就需要开出合适的size大小，才能在访问的时候不会造成越界问题

        vector v2;
        v2.resize(10);
        for (size_t i = 0; i < 10; i++)
        {
            v2[i] = i;
        }
        

        • 我们通过调试来观察一下吧
          • 或者呢，我们也可以写成下面这种形式。如果有同学还是要使用【reserve】的话就不要使用下标 + [] 的形式了，而是使用【push_back】的方式去不断尾插数据，因为在不断尾插的过程中就会去做一个扩容，这一点马上就会讲到
            • 同样，我们通过调试来看看

⑥ empty

• 再来看看【empty】接口，当一开始进在初始化后是为空，但是在插入数据后就不为空了
  • 当size为 0 时，返回 1 
  • 当size为 非0 时，返回 0

 💦vector的常见访问操作

接口名称	接口说明
back	返回容器中最后的一个元素的引用
front	返回容器中第一个元素的引用

代码测试：

int main()
{
	int a[5] = { 1,2,3,4,5 };
	vector v(a, a+5);
	
	cout << v.back() << endl;
	cout << v.front() << endl;
	return 0;
}

 效果展示：

 💦vector的常见修改操作

接口名称	接口说明
push_back(⭐)	在末尾添加一个元素，有效元素个数加1
pop_back(⭐)	删除最后一个元素，有效元素个数减1
insert	在指定迭代器位置的元素之前插入新元素来扩展容器
erase	从容器中删除单个元素，或一系列元素（迭代器区间[first,last]）
swap	交换两个容器的内容
find	查找（注意：这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）

① push_back

这个接口的功能很明确，就是在尾部插入数据

代码测试：

int main()
{
	vector v;
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

效果展示：

② pop_back

对于【pop_back】来说，很明显就是去尾删最后一个元素

 

代码测试：

int main()
{
	vector v(5, 2);
	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	for (int i = 0; i < 5; i++)
	{
		v.pop_back();
	}
	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

效果展示：

③ insert

        对于【insert】这个接口来说，重载的方法有很多，读者可以自己下去都试试看，我这里只讲解前两个常用的。

测试代码：

int main()
{
	int a[] = { 1,2,3,4,5 };
	vector v(a, a + 5);
	// 在第一个位置插入一个 0
	v.insert(v.begin(), 0);
	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	// 在最后一个位置插入2个 6
	v.insert(v.end(), 2, 6);
	for (auto ch : v)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

效果展示：

④ erase

有插入，那一定有删除，我们来看看【erase】

• 这里看到有两个重载形式，一个是传递迭代器，另一个则是传递迭代器区间

  代码测试：

  int main()
  {
  	vector v;
  	for (int i = 0; i < 6; i++)
  	{
  		v.push_back(i);
  	}
  	// 删除指定位置的元素
  	v.erase(v.begin());
  	for (auto ch : v)
  	{
  		cout << ch << " ";
  	}
  	cout << endl;
  	// 删除指定区间的元素
  	v.erase(v.begin(), v.begin() + 2);
  	for (auto ch : v)
  	{
  		cout << ch << " ";
  	}
  	cout << endl;
  	return 0;
  }

  效果展示：

⑤ swap

swap 函数介绍：用 x 的内容交换当前容器的内容，x 是同类型的另一个对象。两个容器大小可能不同。

iterator insert (iterator position, const value_type& val); // 插入单个元素
// 传值传参，形参改变不会影响实参

代码测试：

int main()
{
	vector v1(5, 2);
	vector v2(6, 3);
	swap(v1, v2);
	for (auto ch : v1)
	{
		cout << ch << " ";
	}
	cout << endl;
	return 0;
}

效果展示：

⑥ find

       其实对于这个接口而言，是封装在了  这个头文件中，称作是一种算法

• 我们一起来看看具体的文档是怎么说的
  • 有了它相助后，我们要去删除一个指定的数据就容易多了，传入指定的搜索区间和要查找的值，若是返回的迭代器位置没有到达末尾的话，代表找到了这个值，我们去删除这个迭代器即可

    代码测试：

    int main()
    {
    	int a[] = { 1,2,3,4,5,1,2,5,8,6 };
    	vector v(a, a + 10);
    	vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 9);
    	if (pos != v.end())
    	{
    		v.erase(pos);
    	}
    	for (auto ch : v)
    	{
    		cout << ch << " ";
    	}
    	cout << endl;
    	return 0;
    }

    效果展示：

 五、共勉

        以下就是我对【C++ STL】vector容器的理解，如果有不懂和发现问题的小伙伴，请在评论区说出来哦，同时我还会继续更新对C++STL库的理解，请持续关注我哦！！！