本文详细介绍了STL中的vector容器，包括其基本概念、动态空间策略、迭代器、数据结构、常用API操作以及实战案例。讨论了vector的构造函数、赋值操作、大小调整、数据存取、插入删除，并展示了如何通过swap收缩内存、reserve预留空间以及逆序遍历。同时，强调了vector在空间重新配置时迭代器失效的问题，提醒开发者注意。
STL常用容器--vector容器
1 vector容器基本概念
vector的数据安排以及操作方式，与array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的空间配置策略:
/*
* vector动态分配大小 数据足够大时，容量接近1.5倍
*/
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
cout << "vector容量: ";
for (int ii = 0; ii < 10; ++ii)
{
v.push_back(ii);
cout << v.capacity() << " ";
}
cout << endl;
return 0;
}
2 vector迭代器
vector维护一个线性空间，所以不论元素的型别如何，普通指针都可以作为vector的迭代器，因为vector迭代器所需要的操作行为，如operaroe*, operator->, operator++, operator–, operator+, operator-, operator+=, operator-=, 普通指针天生具备。vector支持随机存取，而普通指针正有着这样的能力。所以vector提供的是随机访问迭代器(Random Access Iterators).
3 vector的数据结构
ector所采用的数据结构非常简单，线性连续空间，它以两个迭代器_Myfirst和_Mylast分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器_Myend指向整块连续内存空间的尾端。
为了降低空间配置时的速度成本，vector实际配置的大小可能比客户端需求大一些，以备将来可能的扩充，这边是容量的概念。换句话说，一个vector的容量永远大于或等于其大小，一旦容量等于大小，便是满载，下次再有新增元素，整个vector容器就得另觅居所。
注意
所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。
4 vector常用API操作
4.1 vector构造函数
vector<T> v; //采用模板实现类实现，默认构造函数
vector(v.begin(), v.end()); //将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身。
vector(n, elem); //构造函数将n个elem拷贝给本身。
vector(const vector &vec); //拷贝构造函数。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v; // 默认构造,空vector容器
vector<int> v1;
v1.push_back(10);
v1.push_back(20);
v1.push_back(30);
v1.push_back(40);
v1.push_back(50);
vector<int> v2(v1.begin(), v1.end()); // 将v[begin(), end())区间中的元素拷贝给本身
vector<int> v3(10, 100); // 构造函数将10个100拷贝给本身
vector<int> v4(v3); // 拷贝构造
return 0;
}
4.2 vector常用赋值操作
assign(beg, end); //将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem); //将n个elem拷贝赋值给本身。
vector& operator=(const vector &vec); //重载等号操作符
swap(vec); // 将vec与本身的元素互换。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void printVector(vector<int> &v)
{
for (auto i : v)
{
cout << i << endl;
}
}
int main()
{
vector<int> v; // 默认构造,空vector容器
vector<int> v1;
v1.push_back(10);
v1.push_back(20);
v1.push_back(30);
v1.push_back(40);
v1.push_back(50);
v.assign(v1.begin(), v1.end());
printVector(v);
cout << "======" << endl;
v.assign(1, 100);
printVector(v);
cout << "======" << endl;
v = v1;
printVector(v);
cout << "======" << endl;
vector<int> v2;
v2.push_back(200);
printVector(v1);
printVector(v2);
v2.swap(v1);
printVector(v1);
printVector(v2);
return 0;
}
4.3 vector大小操作
size(); //返回容器中元素的个数
empty(); //判断容器是否为空
resize(int num); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填0充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(int num, elem); //重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长>度的元素被删除。
capacity(); //容器的容量
reserve(int len); //容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void printVector(vector<int> &v)
{
for (auto i : v)
{
cout << i << endl;
}
}
int main()
{
vector<int> v1;
v1.push_back(10);
v1.push_back(20);
v1.push_back(30);
v1.push_back(40);
v1.push_back(50);
if (v1.empty())
{
cout << "v1容器为空" << endl;
}
else
{
cout << "v1容器不为空,v1大小为: " << v1.size() << endl;
}
#if 0
v1.resize(10);
printVector(v1);
#endif
v1.resize(2);
printVector(v1);
cout << "v1容量为: " << v1.capacity() << endl;
return 0;
}
4.4 vector数据存取操作
at(int idx); //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range异常。
operator[]; //返回索引idx所指的数据，越界时，运行直接报错
front(); //返回容器中第一个数据元素
back(); //返回容器中最后一个数据元素
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(40);
v.push_back(50);
cout << v[0] << endl;
cout << v.at(0) << endl;
cout << v.front() << endl;
cout << v.back() << endl;
return 0;
}
4.5 vector插入和删除操作
insert(const_iterator pos,ele); //迭代器指向位置pos插入1个元素ele.
insert(const_iterator pos, int count,ele); //迭代器指向位置pos插入count个元素ele.
push_back(ele); //尾部插入元素ele
pop_back(); //删除最后一个元素
erase(const_iterator start, const_iterator end); //删除迭代器从start到end之间的元素
erase(const_iterator pos); //删除迭代器指向的元素
clear(); //删除容器中所有元素
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
void printVector(vector<int> &v)
{
for (auto i : v)
{
cout << i << endl;
}
}
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(40);
#if 0
vector<int>::iterator it = v.begin();
v.insert(it, 100);
printVector(v);
// vector重新分配了内存，原来的迭代器不能使用了
it = v.begin();
v.insert(it, 2, 200);
printVector(v);
v.pop_back();
printVector(v);
it = v.begin();
v.erase(it);
printVector(v);
#endif
// v.erase(v.begin(), v.end()) == v.clear()
v.clear();
//v.erase(v.begin(), v.end());
printVector(v);
return 0;
}
5 案例
5.1 巧用swap收缩内存
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
for (int ii = 0; ii < 100000; ++ii)
{
v.push_back(ii);
}
cout << "v.capacity() = " << v.capacity() << endl;
cout << "v.size() = " << v.size() << endl;
v.resize(10);
cout << "v.capacity() = " << v.capacity() << endl;
cout << "v.size() = " << v.size() << endl;
// 巧用swap收缩内存
vector<int>(v).swap(v); // 匿名对象
cout << "v.capacity() = " << v.capacity() << endl;
cout << "v.size() = " << v.size() << endl;
return 0;
}
5.2 利用reserve预留空间
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
int *p = NULL;
int num = 0;
//v.reserve(100000); // 此行代码可以使vector容器只分配一次内存，提供效率
for (int ii = 0; ii < 100000; ++ii)
{
v.push_back(ii);
if (p != &v[0])
{
p = &v[0];
++num; // 查看此vector容器重新分了多少次内存
}
}
cout << "vector容器重新分配内存次数:" << num << endl;
return 0;
}
5.3 逆序遍历
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> v;
v.push_back(10);
v.push_back(20);
v.push_back(30);
v.push_back(40);
// 逆序遍历 逆序迭代器reverse_iterator
for (vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin(); it != v.rend(); ++it)
{
cout << *it << endl;
}
return 0;
}
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