藍 爆笑教程 《C++要笑着学》 火速订阅
写在前面：
本章开始讲解 vector，首先对 vector 进行介绍，然后讲解 vector 常用的接口。像 emplace 等涉及右值引用的接口，我们等后期讲C++11的时候再作讲解。话不多说，直接开讲。
Ⅰ. vector 的介绍及使用
0x00 vector 的介绍
vector 文档介绍：vector - C++ Reference
① vector 是表示可变大小数组的序列容器，我们说 vector 像数组，但是又不像数组。
说它像数组体现在：vector 就像是数组一样，它也是采用连续存储空间来存储元素的。这也就意味着我们可以用下标访问 vector 的元素，和数组一样的高效。
说它不像数组体现在：vector 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。
② 本质上来说，vector 使用动态分配数组来存储它的元素。
当新元素插入时，为了增加存储空间，这个数组就需要被重新分配大小。具体做法是分配一个新的数组，然后将全部元素转移到这个新的数组。就时间而言，这是一个相对代价较高的任务，因为每当一个新的元素加入后，vector 并不会每次都重新分配大小。
③ 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，因此存储空间会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，以至于末尾插入一个元素时是在常数时间的复杂度完成的。
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，并且由一种有效的方式去动态增长。
④ 与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）：
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。
但是对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低（这个我们下面会详细讲解）。比起 lists 和 forward_lists 统一的迭代器和引用更好。
vector 的底层就是一个动态的顺序表，一个可改变 _size 的数组，不就是动态的顺序表吗，hhh。
0x01 vector 的初始化
头文件：
#includeusing namespace std; // 日常练习，我们可以无顾虑地展开
① 无参构造：一般用的最多的就是无参：
vectorv1; // 无参构造，创建一个int类型的，空的vector对象
② 构造并初始化：用 个 value 初始化：
vectorv2(10, 3); // 10个3
③ 迭代器区间初始化：begin end：
vectorv3(v2.begin(), v2.end());
还用什么迭代器，直接用拷贝构造不香吗？
④ 拷贝构造：
vectorv4(v2);
但是不乏有这种情况，我不要拷贝对象的头尾数据呢？即，不要它的 begin 和 end 。
vectorv3(++v2.begin(), --v2.end());
这样就少了 v2 的头尾数据了。看，还是有点用处的吧。
对于迭代器区间初始化，它这里的 InputInerator 不一定是 vector Inerator。
它是一个模板，所以你传的是谁的迭代器，它就可以实例化出谁的迭代器，
去遍历 和 区间，进行初始化。
所以有些场景我们可以这么初始化：
string s("hello world");
vector v5(s.begin(), s.end());
0x02 调试观察 vector
我们打个断点进入调试，打开监视窗口看看。
#include#include #include using namespace std; void test_vector1() { vector v1; vector v2(10, 3); vector v3(++v2.begin(), --v2.end()); vector v4(v2); string s("hello world"); vector v5(s.begin(), s.end()); } int main(void) { test_vector1(); return 0; }
具体细节如下：
0x03 刍议 string 和 vector 的区别
string 和 vector 有什么区别呢？刚才通过监视观察，感觉 vector char 已经很像 string 了。
❓ 我们可以思考一个问题：能不能让 vector char 去替代 string 呢？这合适吗？
答案是否定的。因为 vector char 没有 ，而 string 结尾是有 的。
那我给 vector char 后面手动装一个 行不？
你要硬是想这么玩，也不是不可以。但是 "术业有专攻" ，他们俩的体系是不一样的！
vector 是顺序表，存的是任意类型，是针对可动态增长的数组的。
而 string 就只是字符串，我随便举两个例子：
① vector 支持正常的增删查改，但是不支持 += （本身也没必要+=），也不支持比较大小。
② vector 也没有 c_str 这些东西，因为 string 作为字符串专用的类，能提供专有的接口（比如 +=，find），所以这就是 string 存在的意义。
0x04 关于 vector 的析构、拷贝构造和赋值构造
至于析构函数，一般情况下我们不需要管，因为它会自动调用。
拷贝构造和赋值构造，vector 的拷贝构造和赋值其实就是深拷贝。
这些我们放在 vector 模拟实现的章节里详细探讨。
Ⅱ. vector 的遍历
0x00 引入
我们先简单介绍 3 种 vector 的遍历方式，然后再介绍一些访问元素的接口。
其中为了讲解 "下标 + 方括号" 的遍历方式，我们先提前介绍一下 vector 的 push_back 。
除此之外还有反向迭代器、const 迭代器……我们就不壹壹介绍了，具体可以看文档。
0x01 push_back()
vector 不能用爽到飞起地 operator+=
string 能用 += 主要是 string 不仅可以尾插一个字符还可以追加一个字符串。
但是 vector 就只支持一个一个数据的插入和删除，push_back 和 pop_back。
我们发现，vector 和 string 一样，是没有提供 push_front 和 pop_front 的，因为挪动数据效率低。
如果你硬是要去头插头删，也没人拦你，你可以用 insert 和 erase 去操作。
所以我们用 push_back 尾插接口去操作！
vector.push_back(内容);
举个例子：
void vector_Traversal_test() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
}
0x02 下标 + 方括号遍历
vector 是连续的空间，又支持 operator[] 和 size() ，所以可以用下标+方括号遍历。
下标 + 方括号：遍历
void vector_Traversal_test() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 遍历
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果如下：
当然也是可以修改的：
void vector_Traversal_test() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 遍历
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++) {
v[i] += 1; // 令每个元素+1
cout << v[i] << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果如下：
0x03 访问 vector 的 at()
顺便再讲一下 at() ，它和 operator[] 一样，也是用来访问 vector 的，但是 at() 会进行边界检查。
| c.at(idx) | 传回索引 idx 所指的数据，如果 idx 越界，抛异常 out_of_range |
at 用法演示：
void test_vector4() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
cout << v.at(0) << endl;
cout << v.at(3) << endl;
}
运行结果如下：
注意事项：operator[] 会用断言检查越界，而 at() 会抛异常。
void test_vector4() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
cout << v.at(5) << endl; // 故意越界看看
}
0x04 用迭代器遍历vector
| iterator 的使用 | 接口说明 |
| begin + end （重点） | 获取第一个数据位置的 iterator/const_iterator， 获取最后一个数据的下一个位置的 iterator/const_iterator |
| rbegin + rend | 获取最后一个数据位置的 reverse_iterator， 获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator |
迭代器的读和写：
void vector_Traversal_test() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 用迭代器遍历
vector::iterator it = v.begin();
while (it != v.end()) {
*it -= 1; // 令每个元素-1
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}
运行结果如下：
0x05 范围 for
vector 支持迭代器，也就支持范围 for，这个我们在模拟实现 string 的时候已经验证过了。
范围 for 的本质就是编译器在编译时自动替换成迭代器，这里也一样。
范围 for 的读和写：
void vector_Traversal_test() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
// 范围for
for (auto e : v) {
cout << e << " ";
}
cout << endl;
for (auto& e : v) {
e += 10;
cout << e << " ";
}
cout << endl;
}
运行结果如下：
记得范围 for 的写要加引用，这时老生常谈的问题了。
顺便说一点，原生指针就是天然的迭代器，数组支持范围 for，会被替换成指针：
for (int* p = arr; p < arr + sizeof(arr) / sizeof(int); p++) {}
Ⅲ. vector 空间
| 容量空间 | 接口说明 |
| size | 获取数据个数 |
| capacity | 获取容量大小 |
| empty | 判断是否为空 |
| resize （重点） | 改变 vector 的 size |
| reserve （重点） | 改变 vector 放入 capacity |
0x00 获取数据个数的 size()
和 string 里的一样，是用来获取数据的个数的。
void test_vector2() {
vector v(6, 6); // 生成6个6
cout << v.size() << endl;
}
运行结果如下：
0x01 获取 vector 最大存储的 max_size()
我们来用 max_size 看看有多大：
void test_vector3() {
vector v(6, 6); // 生成6个6
cout << v.max_size() << endl;
}
运行结果如下：
0x02 改变 vector 容量的 reserve()
reserve：
void test_vector3() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.reserve(100);
}
调试结果如下：
reserve 会扩容，但是不会影响数据个数。[capacity] 4 → [capacity]100
0x03 改变 vector 大小的 resize()
" reserve 和 resize 都是卖房子的（开空间的），reserve 只是把房子卖给你（开空间），而 resize 是一条龙服务，房子卖给你（开空间）之后还帮你搞装修（初始化），你还可以指定装修风格（初始化内容），如果不指定会按默认的简约风格装修（按类型的缺省值初始化）"
resize：
void test_vector4() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.resize(100);
}
string 的 resize 如果不指定 "填充值" ，默认给的是
而 vector 的 resize 如果不指定，默认给的是其对应类型的缺省值作为 "填充值"
这里是 int 就是 0，如果是指针，对应的缺省值就是空指针。
我们来试着给 resize 提供指定 "填充值"：
void test_vector5() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.resize(100, 6); // 开100个空间，用6补
}
注意事项：如果开的数据比之前更小，还会删除数据！
void test_vector4() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.resize(2);
}
当然，正如我们 string 章节所说，它的容量并不会因此改变。
这里虽然大小变成 2，数据也只有 [0]1 和 [1]2 了，但是容量仍然为 4。
0x04 vector 空间增长问题
① capacity 的代码在 VS 和 g++下分别运行会发现：VS下 capacity 是按 1.5 倍增长的，而 g++ 下 capacity 是按 2 倍增长的。 这个问题经常会考察，不要固化的认为，顺序表增容都是2倍，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。
② reserve 只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve 可以缓解 vector 增容的代价缺陷问题。
③ resize 在开空间的同时还会进行初始化，影响 size。
测试：
// vector::capacity #include#include int main(void) { size_t sz; std::vector foo; sz = foo.capacity(); std::cout << "making foo grow:n"; for (int i = 0; i < 100; ++i) { foo.push_back(i); if (sz != foo.capacity()) { sz = foo.capacity(); std::cout << "capacity changed: " << sz << 'n'; } } }
VS运行结果如下：
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 3
capacity changed : 4
capacity changed : 6
capacity changed : 9
capacity changed : 13
capacity changed : 19
capacity changed : 28
capacity changed : 42
capacity changed : 63
capacity changed : 94
capacity changed : 141
g++ 运行结果如下：
making foo grow :
capacity changed : 1
capacity changed : 2
capacity changed : 4
capacity changed : 8
capacity changed : 16
capacity changed : 32
capacity changed : 64
capacity changed : 128
Ⅳ. vector 增删查改
| vector 增删查改 | 接口说明 |
| push_back（重点） | 尾插 |
| pop_back （重点） | 尾删 |
| find （#include algorithm） | 查找（注意这个是算法模块实现，不是 vector 的成员接口） |
| insert | 在 pos 之前插入 val |
| erase | 删除 pos 位置的数据 |
| swap | 交换两个 vector 的数据空间 |
| operator[] （重点） | 像数组一样访问 |
刚才讲 "下标 + 方括号" 的遍历方式的时候已经讲过 push_back 了，
也顺便解释了为什么不提供 push_front 和 pop_front ，所以这里就不多bb了。
0x00 pop_back() 尾删
现在我们把 pop_back 简单介绍一下，pop_back 就是尾删，可用来删除 vector 中的数据。
pop_back：
void test_vector5() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.pop_back(); // 尾删：3
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.pop_back(); // 尾删：2
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
0x01 assign() 赋值
assign 可以把 vector 的内容覆盖掉。允许给一段区间覆盖，也可以给 个 value 去覆盖。
用 个 value 覆盖：
void test_vector6() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
v.assign(10, 5); // 原来是1到4，现在改成10个5
}
调试结果如下：
0x02 探讨：为什么 vector 不提供 find 接口
string、map、set 都有 find() 用，凭什么 vector 和 list 没有？
太不公平了吧！歧视这是赤裸裸的容器歧视？？
其实，我们应该考虑的是 —— 为什么 string、map、set 能有 find 操作。
而 vector 之所以不提供 find ，是因为如果去查找元素效率就会是 ……
呵呵，凭什么不让我 vector 用 find() ，我偏要用！
可以的，"algorithm库" 里有通用的 find 操作，我们来一睹其芳容 ——
#include
该 find 内部是从 begin 到 end 进行一次遍历，其复杂度是
值得一提的是，在C++中，凡是使用迭代器区间，都是左闭右开的 ——
（map 和 set 接下来的章节会讲，以下部分可先作了解）
再去思考 map、set 为什么有 find() 通过迭代器从头到尾遍历 map 与 set 时，
得到的结果是按 key 排序的结果，而不是插入时的顺序，所以这两个容器没有 push_back 操作。
其实，插入到 map 与 set 中的元素会被组织到一颗红黑树上，红黑树是一颗平衡二叉树，
平衡二叉树是一颗二叉排序树，对一颗二叉排序树的查找有点像二分查找，复杂度是 ，
由于 map 与 set 的数据结构能有更快的查找方法，所以在容器内提供了 find 方法。
0x03 通用查找 find()
如果非要在 vector 里用 find() ，我们可以用通用 find。
找到了：返回一个迭代器区间那个值的位置；
没找到：返回的是 ，即右边开区间的位置。
使用方法演示：
void test_vector7() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector::iterator ret = find(v.begin(), v.end(), 3);
// auto ret = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (ret != v.end()) {
cout << "找到了" << endl;
}
}
0x04 insert() 插入
比如我们刚才用通用 find 找到了 3 的位置，
我们想在这个位置前面插入一个数据，就可以使用 insert() 插入。
在 3 前面用 insert 插入一个 30：
void test_vector7() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
vector::iterator ret = find(v.begin(), v.end(), 3);
if (ret != v.end()) {
cout << "找到了" << endl;
v.insert(ret, 30); // 在ret位置前面插入一个30
}
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
我们刚才说过，虽然没有 vector 没有提供 push_front，但是我们也可以用 insert 去头插。
用 insert 去头插：
void test_vector8() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.insert(v.begin(), -1); // 在起始位置插入一个-1
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
0x05 erase() 删除
我们我们想删除数据，我们就可以用 erase 去删除。
使用 erase 的时要判断一下有没有找到要删除的目标：
void test_vector9() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 5);
if (pos != v.end()) { // 判断pos是否存在
v.erase(pos); // 删除pos
}
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
❓ 如果没有判断会怎么样？
void test_vector9() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
v.erase(pos);
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
如果要删除的目标存在，不会怎么样。
怕的就是要删的目标不存在！比如我要删个 5，但是 vector 里只有 1，2，3，4 。
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 5); v.erase(pos);
（待删目标不存在导致）
如果有了判断，就不会翻车了，如果待删目标不存在，就不会去走 erase() 。
因为 pos 如果找不到就会等于 end() 上的值，我们利用这一点进行 if 判断，
vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 5); if (pos != v.end()) { // 检查！ v.erase(pos); }
0x04 clear() 清空数据
clear：
void test_vector10() {
vector v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
printf("清空前：");
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
v.clear();
printf("清空后：");
for (auto e : v) cout << e << " "; cout << endl;
}
运行结果如下：
参考资料
Microsoft. MSDN(Microsoft Developer Network)[EB/OL]. []. .
. C++reference[EB/OL]. []. http://www.cplusplus.com/reference/.
百度百科[EB/OL]. []. https://baike.baidu.com/.
比特科技. C++[EB/OL]. 2021[2021.8.31]. .
[ 笔者 ] 王亦优
[ 更新 ] 2022.5.8
❌ [ 勘误 ]
[ 声明 ] 由于作者水平有限，本文有错误和不准确之处在所难免，
本人也很想知道这些错误，恳望读者批评指正！
本章完。
