深入探索 C++ STL 中的 Vector 容器

深入探索 C++ STL 中的 Vector 容器

在 C++ 标准模板库（STL）中，vector 是一种非常常用且功能强大的容器。它类似于动态数组，提供了灵活的内存管理和丰富的操作接口。本文将通过一系列示例代码，深入探讨 vector 容器的构造、赋值、插入删除、容量管理以及数据存取等常用功能。

1. Vector 的构造方式

vector 提供了多种构造方式，以满足不同的初始化需求。以下是一些常见的构造方式：

默认构造

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vector<int> s1;

默认构造的 vector 是空的，没有任何元素。

范围构造

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vector<int> s2(++s1.begin(), s1.end());

通过指定一个范围（如迭代器区间），可以将该范围内的元素拷贝到新 vector 中。注意，begin 和 end 满足左闭右开原则。

填充构造

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vector<int> s3(6, 10);

通过指定元素数量和初始值，可以快速初始化一个 vector，其中包含 6 个值为 10 的元素。

拷贝构造

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vector<int> s4(s3);

通过拷贝构造，可以创建一个与原 vector 完全相同的副本。

2. Vector 的赋值操作

vector 的赋值操作也非常灵活，支持多种方式：

等号赋值

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vector<int> s2;
s2 = s1;

通过等号赋值，可以将一个 vector 的内容拷贝到另一个 vector 中。

assign 方法

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vector<int> s3;
s3.assign(6, 6); // 初始化 6 个值为 6 的元素

assign 方法可以用于重新分配 vector 的内容，支持多种参数形式，如指定元素数量和值、指定范围等。

区间赋值

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vector<int> s4;
s4.assign(s3.begin(), (--s3.end()));

通过指定范围，可以将指定区间内的元素拷贝到 vector 中。

3. Vector 的插入与删除操作

vector 提供了丰富的插入和删除操作，支持在任意位置进行操作：

插入操作

• 在尾部插入元素：

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s1.push_back(9);

• 在头部插入元素：

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s1.insert(s1.begin(), 9);

• 在尾部插入多个元素：

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s1.insert(s1.end(), 3, 8);

删除操作

• 删除尾部元素：

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s1.pop_back();

• 删除头部元素：

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s1.erase(s1.begin());

• 删除指定区间内的元素：

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s1.erase(s1.begin(), (--s1.end()));

• 清空所有元素：

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s1.clear();

4. Vector 的容量与大小管理

vector 的容量和大小是两个重要的概念：

• size()：返回 vector 中当前存储的元素个数。

• capacity()：返回 vector 当前分配的内存容量（以元素个数为单位）。

当 vector 的元素数量超过当前容量时，会自动扩容。扩容会导致内存重新分配和数据拷贝，可能会影响性能。为了避免频繁扩容，可以提前预留空间：

预留空间

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s.reserve(1000);

通过 reserve 方法，可以提前分配足够的内存空间，减少后续扩容的次数。

5. Vector 的数据存取

vector 提供了多种数据存取方式：

• at()：通过索引访问元素，支持边界检查，如果索引超出范围会抛出异常。

• []：通过索引访问元素，不支持边界检查，性能更高。

• front()：访问第一个元素。

• back()：访问最后一个元素。

6. Vector 的容器互换

vector 支持容器互换操作，可以快速交换两个 vector 的内容：

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s1.swap(s2);

此外，还可以通过创建匿名对象来收缩内存：

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vector<int>(s1).swap(s1);

通过这种方式，可以将 vector 的容量收缩到当前大小，同时保留数据。

7. 性能优化：预留空间的重要性

在实际应用中，vector 的性能优化非常重要。通过预留空间，可以显著减少内存分配的次数，从而提高程序的运行效率。以下是一个对比示例：

未预留空间

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vector<int> s;
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    s.push_back(1);
}

在未预留空间的情况下，vector 会多次进行内存分配和数据拷贝。

预留空间

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vector<int> s;
s.reserve(1000);
for (int i = 0; i < 1000; i++)
{
    s.push_back(1);
}

通过预留空间，可以将内存分配次数减少到一次，从而提高性能。

总结

vector 是 C++ STL 中一个非常强大且灵活的容器，提供了丰富的构造、赋值、插入删除、容量管理和数据存取功能。通过合理使用这些功能，可以高效地管理动态数据集合。同时，通过预留空间等优化手段，可以显著提升程序的运行效率。希望本文的介绍能够帮助你更好地理解和使用 vector 容器。

如果你对 vector 有更多问题，或者对其他 STL 容器感兴趣，欢迎留言交流！