STL好难（3）：vector的使用

最新推荐文章于 2025-05-29 23:36:29 发布

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分类专栏： C++好难文章标签： c++ 数据结构

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/weixin_60630270/article/details/130905392

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本文详细介绍了C++中vector容器的各个方面，包括vector的基本概念、常见构造方法、遍历方式（下标、迭代器、范围for循环）、迭代器的使用、空间扩容的相关函数（size、capacity、reserve、resize）以及增删改查操作（push_back、pop_back、insert、erase、swap）。同时，文章讨论了迭代器失效的两种情况，并提供了相应的解决方案。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

🍉情况2：扩容、缩容，导致迭代器的野指针，使其失效

8.总结：

1.vector的介绍和使用

vector就类似数据结构中的顺序表

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。
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
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
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，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

2.vector的常见构造：

在C++98里面主要有以下4中构造

1）无参构造一个空的容器

2）构造并初始化 n 个 val 容器

3）拷贝构造某类型容器

4）使用迭代器进行初始化构造

//1）无参构造一个空的容器
vector<int> v1; //构造一个int类型的空容器

//2）构造并初始化 n 个 val 容器 
vector<int> v2(3, 6); //构造含有3个6的int类型容器

//3）拷贝构造某类型容器
vector<int> v3(v2); //拷贝构造int类型的v2容器

//4）使用迭代器进行初始化构造
vector<int> v4(v2.begin()+1, v2.end()-1); //使用迭代器拷贝构造v2容器的某一段内容
    
    //当然也可以用使用迭代器构造其他类型的容器，
	string s("hello world");
	vector<char> v5(s.begin(), s.end()); //拷贝构造string对象的某一段内容

3.vector的遍历方式

🍉[ ] + 下标

vector 对 [ ] 运算符进行了重载，所以我们可以直接使用 [ ]+下标访问或修改对象中的元素

int main()
{
	vector<int> v1; // 定义容器v1

	// 尾插5个数据
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);

	// 使用下标访问数据
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	// 使用下标修改数据
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); ++i)
	{
		v1[i] += 3;
		cout << v1[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	retur

结果：

🍉通过迭代器进行访问：

begin 获取一个字符的迭代器， end获取最后一个字符下一个位置的迭代器

int main()
{
	vector<int> v2; // 定义容器v2

	// 尾插5个数据
	v2.push_back(1);
	v2.push_back(2);
	v2.push_back(3);
	v2.push_back(4);
	v2.push_back(5);

	// 使用迭代器访问数据
	vector<int>::iterator it1 = v2.begin();
	while (it1 != v2.end())
	{
		cout << *it1 << " ";
		it1++;
	}
	cout << endl;

	// 使用迭代器修改数据
	vector<int>::iterator it2 = v2.begin();
	while (it2 != v2.end())
	{
		*it2 += 1;
		cout << *it2 << " ";
		it2++;
	}

	return 0;
}

结果如下：

🍉范围for：

int main()
{
	vector<int> v3; // 定义容器v3

	// 尾插5个数据
	v3.push_back(1);
	v3.push_back(2);
	v3.push_back(3);
	v3.push_back(4);
	v3.push_back(5);

	// 使用范围for访问数据
	for (auto a : v3)
	{
		cout << a << " ";
	}
	cout << endl;

	// 使用范围for修改数据
	for (auto& a : v3)
	{
		a += 4;
		cout << a << " ";
	}

	return 0;
}

结果：

4.vector的迭代器

正向迭代器：

反向迭代器：

如下图：

🍉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

左闭右开

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//正向迭代器遍历容器
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	//也可以用auto来自动识别：auto it = v.begin();
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

	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

左开右闭

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//反向迭代器遍历容器
	vector<int>::reverse_iterator it = v.rbegin();
	//也可以用auto来自动识别：auto it = v.rbegin();
	while (it != v.rend())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

	return 0;
}

5.vector空间扩容：

官方文本里面的内容：

我们主要学习：

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vecror的capacity

点击这里查看文档

🍉size

size 函数获取当前容器的有效元素个数

int main()
{
	vector<int> v(6, 5);	//定初始化6个5

	cout << v.size() << endl; //获取当前容器中的有效元素个数

	return 0;
}

🍉capacity

capacity 函数获取当前容器的最大容量

int main()
{
	vector<int> v(6, 5);	//定初始化6个5

	//获取当前容器中的容量大小
	cout << v.capacity() << endl; // 结果：6

	return 0;
}

🍉capacity的增容：

可以看下面代码实例：

int main()
{
	size_t sz;

	vector<int> v;

	sz = v.capacity();

	cout << "making for grow:\n";

	for (int i = 0; i < 100; ++i) 
    {
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
        {
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << endl;
		}
	}

	return 0;
}

结果：

可以看到在VS2022下，capacity 是按照 1.5 倍增长的，

当然，在不同编译环境下，其增长倍数不同，如果在Linux下就是2倍的增长

着是应为VS用的是 PJ版本，Linux的 g++ 用的是 SGI版本

🍉empty

empty 函数用来判断当前容器是否为空。

如果为空，输出1，否则，输出0

int main()
{
	vector<int> v1(3, 6);
	cout << v1.empty() << endl; // v1非空，输出0

	vector<int> v2;
	cout << v2.empty() << endl; // v2为空，输出1

	return 0;
}

🍉reserve

reserve函数用来改变vector的最大容量

其有两个注意点，如下：

当所给值大于容器当前的 capacity 时，将 capacity 扩大到该值
当所给值小于容器当前的 capacity 时，什么也不做

用法：当我们事先知道要用多大空间时，就提前用reserve开辟好，来减少代码增容时的消耗

int main()
{
	vector<int> v;

	v.reserve(100); // 提前开好100空间

	//......

	return 0;
}

🍉resize

resize 函数改变容器中的有效元素个数。

1）当所给值大于当前的 size 时，将 size 扩大到该值，扩大的元素为第二个所给值，若为给出，则默认为0

2）当所给值小于容器当前的 size 时，只将初始化给的值的数

int main()
{
	vector<int> v1(6, 3);

	v1.reserve(20);
	cout << v1.capacity() << endl;
	cout << v1.size() << endl << endl;

	v1.resize(10);
	cout << v1.capacity() << endl;
	cout << v1.size() << endl;

	return 0;
}

结果：

注意：

reserve 只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，可以用 reserve 缓解 vector 扩容代价，reserve不会影响size
resize 在开空间的同时还会进行初始化，会影响 size。

6.vector 的增删改查

C++文档里面的内容：

我们重点学下面这些：

vector增删改查	接口说明
push back	尾插
pop back	尾删
find	查找（这个是算法模块，不是vector接口）
insert	在position之前插入val
erase	删除position位置数据
swap	交换两个vector位置的数据

点击这里查看文档

🍉push back

尾插

int main()
{
	vector<int> v;

	//使用push_back插入5个数据
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

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

	return 0;
}

🍉pop back

尾删：

int main()
{
	vector<int> v;

	//使用push_back尾插6个数据
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	//使用pop_back尾删3个数据
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	v.pop_back();

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

	return 0;
}

🍉insert

insert函数可以在所给迭代器位置插入一个或多个元素

1）插入一个值：

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//在容器头部插入9
	v.insert(v.begin(), 9);

	//在位置2插入6
	v.insert(v.begin()+2, 6);


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

	return 0;
}

结果： 9 1 6 2 3 4 5

2）插入多个值：

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//在容器头部插入2个4
	v.insert(v.begin(), 2, 4);

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

	return 0;
}

结果： 4 4 1 2 3 4 5

🍉erase

erase 函数用来删除所给迭代器位置的元素，或者删除所给迭代器区间内的所有函数（左闭右开）

1）删除一个值

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//头删
	v.erase(v.begin());

	//尾删
	v.erase(v.end()-1); //因为是左闭右开区间，所以end-1才能删掉‘5’

	//打印
	for (auto e : v) 
	{
		cout << e << " ";  //结果：2 3 4 
	}

	return 0;
}

2）删除一个区间的值

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(0);
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);
	v.push_back(7);
	v.push_back(8);
	v.push_back(9);


	//删除在该迭代器区间内的元素（左闭右开]
	v.erase(v.begin()+3, v.end() - 3);

	//打印
	for (auto e : v) 
	{
		cout << e << " ";//结果：0 1 2 7 8 9
	}

	return 0;
}

🍉swap

通过swap函数来交换两个容器的数据空间，实现两个容器的交换

int main()
{
	//容器v1
	vector<int> v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(1);

	//容器v2
	vector<int> v2;
	v2.push_back(2);
	v2.push_back(2);
	v2.push_back(2);

	//交换v1和v2的数据
	v1.swap(v2);

	//打印v1
	cout << "v1：";
	for (auto e1 : v1) 
	{
		cout << e1 << " ";
	}
	cout << endl;


	//打印v2
	cout << "v2：";
	for (auto e2 : v2)
	{
		cout << e2 << " ";
	}

	return 0;
}

🍉find

由于 vector 没有 find 函数，如果我们要用的话，我们需要去调用算法库里面的一个函数接口：find

使用 std:: find 需要包头文件 #include <algorithm>

可以看到 find 共有三个参数，前两个确定迭代器的区间，第三个参数确定所要寻找的返回值

函数在所给迭代器区间内寻找，
若找到，返回第一个匹配的元素，并返回它的迭代器
若未找到，返回第二个参数

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	v.push_back(6);

	// 假设我要3的前面插入600
	//vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	//上面的类型可以直接用auto去推算：
	auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	if (pos != v.end())
	{
		cout << "找到" << endl;
		v.insert(pos, 600);
	}
	else
	{
		cout << "未找到" << endl;
	}

	for (auto e : v) 
	{
		cout << e << " "; //结果： 1 2 600 3 4 5 6
	}

	return 0;
}

🍉sort

sort 函数和 find 函数一样，在vector里面没有明确给出，需要用std库里面的：

也需要包头文件

1）默认升序：

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(7);
	v.push_back(1);
	v.push_back(0);
	v.push_back(-1);
	v.push_back(9);
	v.push_back(3);

	// 默认排升序
	sort(v.begin(), v.end());

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

	return 0;
}

2）降序

排降序需要用到仿函数，就要包仿函数的头文件： #include <functional>

int main()
{
	vector<int> v;

	v.push_back(7);
	v.push_back(1);
	v.push_back(0);
	v.push_back(-1);
	v.push_back(9);
	v.push_back(3);

	// 排降序，需要包上仿函数的头文件 #include <functional> 
	sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());

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

	return 0;
}

7.vector的迭代器失效问题

说了这么多的迭代器，那么迭代器到底是个什么东西呢？

其实迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector 的迭代器就是原生指针 T*

因此，迭代器失效，就是迭代器底层对应指针所指向的空间别销毁了，而使用一块已经被销毁的空间，则会导致程序崩溃

🍉情况1：迭代器指向的位置意义改变

看下面这段代码：

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3); //获取值为3的元素的迭代器

	// 1 2 60 3 4 5
	v.insert(pos, 60); // 在3的位置前插入60

	// 删除pos位置的数据，我们会认为pos仍指向3，所以删除后的结果为：1 2 60 4 5
	v.erase(pos); 

    //但是实际上，会在再次范文pos时出错


	return 0;
}

这时VS的assert（）的强制检查报错

原因如下：

我们给数组：1 2 3 4 5 中 3 前面插入 60，我们需要先用迭代器来接受 find 找到的值
此时pos的位置如下：

我们在用easer删除元素3，此时就会报错

可以看到，我们认为插入后pos应该还指向 ‘ 3 ’ ，但是，实际上pos以及指向了60，这时pos的被改变了，如果我们再进行其他操作，系统检测到pos指向的不是3，那么VS就会强制报错，导致程序崩溃

如果我们需要删除元素3，就需要更新pos的值，解决方法如下：

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3); //获取值为3的元素的迭代器

	// 1 2 60 3 4 5
	pos = v.insert(pos, 60); // 在3的位置前插入60，并更新 pos 的值

	v.erase(pos+1); 

    //也可以：pos = find(v.begin(), v.end(), 3);  v.erase(pos); 

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

    //结果： 1 2 60 4 5

	return 0;
}

再设计insert、erase这种会改变数组的函数时，制作人考虑到了迭代器会发生改变，所以就给其加了返回值，返回新的迭代器

用 pos = v.insert(pos, 60); 来更新pos，此时pos指向的就应该为60的元素

insert是在其前面插入，所以这时元素3就在pos指向的后面

所以用 v.erase(pos+1); 就能删除元素 ‘3’

也可以再用 pos = find(v.begin(), v.end(), 3); 更新pos的值，使其指向3

然后用 v.erase(pos); 删除pos位置的值

🍉情况2：扩容、缩容，导致迭代器的野指针，使其失效

看如下代码：

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();

	v.reserve(10);

	//vector<int>::iterator it = v.begin();
	//用迭代器进行打印
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

	return 0;
}

会报错：

我们通过调试来看：

扩容之前，it指向的空间就是其 v.begin() 的空间，

再扩容之后，it指向的空间不变，但是扩容是异地扩，导致it迭代器失效，所以后面进行打印操作时，会发生报错

这就是扩容导致的迭代器失效

解决方法：再扩容之后更新迭代器：

int main()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);

	auto it = v.begin();

	v.reserve(10);

	//由于扩容，所以需要更新迭代器
	it = v.begin();

	//vector<int>::iterator it = v.begin();
	//用迭代器进行打印
	while (it != v.end()) 
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}

	return 0;
}