C++初阶：容器（Containers）vector常用接口详解

是Nero哦

发布于 2024-02-09 08:16:07

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发布于 2024-02-09 08:16:07

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介绍完了string类的相关内容后：C++初阶：适合新手的手撕string类（模拟实现string类）

接下来进入新的篇章，容器vector介绍：

1.vector的初步介绍

翻译过来就是：

vector是表示可变大小数组的序列容器
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
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。
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。
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.vector的定义（constructor）

默认构造函数：explicit vector (const allocator_type& alloc = allocator_type())。这是默认构造函数，它创建一个空的 std::vector 对象。如果提供了分配器（allocator），则使用提供的分配器；否则使用默认分配器。
填充构造函数：explicit vector (size_type n, const value_type& val = value_type(), const allocator_type& alloc = allocator_type())。这个构造函数创建一个包含==n 个元素的 std::vector，每个元素的值都是 val ==。同样地，您可以选择提供一个分配器，如果没有提供，则使用默认分配器。
范围构造函数：template <class InputIterator> vector (InputIterator first, InputIterator last, const allocator_type& alloc = allocator_type())。这个构造函数使用迭代器范围[first, last) 中的元素来初始化 std::vector。这使得您可以使用另一个容器的一部分或全部元素来初始化 std::vector。
复制构造函数：vector (const vector& x)。这个构造函数创建一个新的 std::vector，并使用另一个 std::vector x 中的元素进行初始化

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

int main()
{
	vector<int> v1;//空参构造

	vector<int> v2(5, 1);//构造并初始化5个1

	vector<int> v3(v2);//拷贝构造

	string s1("abc");
	vector<int> v4(s1.begin(), s1.end());//使用迭代器进行初始化构造

	return 0;
}

这里v4中都存的是ASCII码值

3.vector迭代器（ iterator ）

迭代器	说明
begin	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator
end	获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin	获取最后一个数据位置的reverse_iterator （反向迭代器的移动方向是与正向迭代器相反的，即 ++ 操作符会使迭代器向前移动，而 -- 操作符会使迭代器向后移动）
rend	获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator

4.vector的三种遍历

4.1正常for循环

void test2()
{
	string s1("abc");
	vector<char> v(s1.begin(), s1.end());//使用迭代器进行初始化构造

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

int main()
{
	test2();
}

4.2范围for循环

void test3()
{
	string s1("abc");
	vector<int> v(s1.begin(), s1.end());//这里用int，不是char

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

int main()
{
	test3();
}

4.3两种迭代器（正向和反向）

void test4()
{
	string s1("abc");
	vector<char> v(s1.begin(), s1.end());//使用迭代器进行初始化构造

	vector<char>::iterator it = v.begin();//正向遍历
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;
	vector<char>::reverse_iterator rit = v.rbegin();//反向遍历
	while (rit != v.rend())
	{
		cout << *rit << " ";
		rit++;//是++不是--
	}
	//反向迭代器的移动方向是与正向迭代器相反的
	//即 ++ 操作符会使迭代器向前移动，而 -- 操作符会使迭代器向后移动
}

int main()
{
	test4();
}

5.vector扩容相关（resize和reserve）

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	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

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，g++是按2倍增长的。不要固化的认为，vector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。
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。
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size

5.2reserve()

reserve 函数用于改变容器的容量，即修改容器内部用于存储元素的空间大小。这个函数可以用来避免多次重新分配内存的开销，从而提高性能。但需要注意的是，**reserve** 只会增加容器的容量，而不会影响容器的大小

void test5()
{
	vector<int> v(10, 1);//10个1
	cout << v.capacity() << endl;
	v.reserve(20);
	cout << v.capacity() << endl;
	v.reserve(15);
	cout << v.capacity() << endl;
	v.reserve(5);
	cout << v.capacity() << endl;
}

int main()
{
	test5();
}

5.2resize()

resize 函数用于改变容器的大小，即修改容器中元素的数量。如果将 resize 函数的参数设置为比当前大小小的值，那么容器将缩小到指定的大小，并丢弃多余的元素。如果将参数设置为比当前大小大的值，那么容器将增大到指定的大小，并且新元素不指明的话将被默认构造（对于内置类型，新元素将被初始化为 0）

void test6()
{
	vector<int> v(10, 1);//10个1
	cout << "capacity:" << v.capacity() << "size:" << v.size() << endl;
	v.resize(20);
	cout << "capacity:" << v.capacity() << "size:" << v.size() << endl;
	v.resize(15);
	cout << "capacity:" << v.capacity() << "size:" << v.size() << endl;
	v.resize(5);
	cout << "capacity:" << v.capacity() << "size:" << v.size() << endl;
}

int main()
{
	test6();
}

6. vector 增删查改

接口	说明
push_back	尾部插入元素
pop_back	尾部删除元素
find	查找元素
insert	在指定位置插入元素
erase	删除指定位置的元素
swap	交换两个 vector 的数据空间
operator[]	像数组一样使用下标访问元素

6.1push_back和pop_back

void test7()
{
	vector<int> v(10, 1);//10个1
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.push_back(10);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

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

int main()
{
	test7();
}

6.2find、Insert、erase

find：
- 形式：iterator find (iterator first, iterator last, const T& val);
- 参数说明：first 和 last 表示查找范围的起始和结束迭代器；val 是要查找的值
- 作用：在指定范围内查找指定的值，并返回第一个匹配元素的迭代器
insert：
- 形式：iterator insert (iterator position, const T& val);
- 参数说明：position 表示插入位置的迭代器；val 是要插入的值
- 作用：在指定位置之前插入一个元素
erase：
- 形式：iterator erase (iterator position); 和 iterator erase (iterator first, iterator last);
- 参数说明：position 表示要删除的位置的迭代器；first 和 last 表示要删除的范围的起始和结束迭代器
- 作用：删除指定位置的元素，或者指定范围内的元素

void test8()
{
	vector<int> v;
	for (int i = 1; i < 6; i++)
	{
		v.push_back(i);
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);//找到3的位置
	v.insert(it, 0);//插入
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v.erase(v.begin(),v.end());//全删了
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	test8();
}

6.3swap

swap：

形式：void swap (vector& x);
参数说明：x 是另一个 vector
作用：交换两个 vector 的数据空间，使它们的内容互相交换

void test9()
{
	vector<int> v1;
	for (int i = 1; i < 6; i++)
	{
		v1.push_back(i);
	}
	vector<int> v2(10, 1);
	cout << "还没交换" << endl;
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	v1.swap(v2);//二者交换
	cout << "交换后" << endl;
	for (auto e : v1)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

int main()
{
	test9();
}