C++--vector

1.vector的介绍

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的使用

    vector的定义

    vector 可以通过多种方式定义，包括默认构造函数、指定大小并初始化、使用其他 vector 初始化等。

vector<int> v1; // 默认构造函数，创建一个空的 vector
vector<int> v2(5); // 创建一个大小为 5 的 vector，元素默认初始化为 0
vector<int> v3(5, 10); // 创建一个大小为 5 的 vector，所有元素初始化为 10
vector<int> v4 = {1, 2, 3, 4, 5}; // 使用初始化列表初始化 vector
vector<int> v5(v4); // 使用另一个 vector 初始化新 vector

    vector的空间增长问题 

     size和capacity

size() 返回 vector 中元素的数量，而 capacity() 返回 vector 的当前容量（即可容纳的元素数量，不必重新分配内存的最大元素数量）。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << "Size: " << v.size() << endl; // 输出：Size: 5
cout << "Capacity: " << v.capacity() << endl; // 输出：Capacity: 5

     reserve和resize

reserve() 用于预留空间，而 resize() 则用于改变 vector 的大小，并根据需要插入或删除元素。

vector<int> v;
v.reserve(10); // 预留至少能容纳 10 个元素的空间
v.resize(5); // 改变 vector 的大小为 5

     empty

empty() 返回一个布尔值，指示 vector 是否为空。

vector<int> v;
if (v.empty()) {
    cout << "Vector is empty." << endl;
}

    vector的迭代器使用 

      begin和end

begin() 返回指向第一个元素的迭代器，end() 返回指向最后一个元素后面位置的迭代器。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";
}

      rbegin和rend

rbegin() 返回指向最后一个元素的迭代器，rend() 返回指向第一个元素前面位置的迭代器。 

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
for (auto it = v.rbegin(); it != v.rend(); ++it) {
    cout << *it << " ";
}

    vector的增删查改

      push_back和pop_back

push_back() 用于向 vector 尾部添加元素，pop_back() 用于删除 vector 尾部的元素。

vector<int> v;
v.push_back(10); // 添加元素 10
v.pop_back(); // 删除尾部元素

      insert和erase

insert() 用于在指定位置插入元素，erase() 用于删除指定位置的元素。 

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
v.insert(v.begin() + 2, 10); // 在第三个位置插入元素 10
v.erase(v.begin() + 3); // 删除第四个元素

       swap

swap() 用于交换两个 vector 的内容。

vector<int> v1 = {1, 2, 3};
vector<int> v2 = {4, 5, 6};
v1.swap(v2); // 交换 v1 和 v2 的内容

       元素访问

可以使用 [] 或 at() 访问 vector 中的元素。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
cout << v[2] << endl; // 输出：3
cout << v.at(3) << endl; // 输出：4

vector迭代器失效问题 

    迭代器的主要作用就是让我们在使用各个容器时不用关心其底层的数据结构，而vector的迭代器在底层实际上就是一个指针。迭代器失效就是指迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而指向的是一块已经被释放的空间，如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃。

时效问题举例：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

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: 1 2 3 4 5
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //获取值为2的元素的迭代器
	v.insert(pos, 10); //在值为2的元素的位置插入10
	//v: 1 10 2 3 4 5
	v.erase(pos); //删除元素2 ？？？error（迭代器失效）
	//v: 1 2 3 4 5
	return 0;
}

在该代码中，我们本意是使用元素2的迭代器在原序列中2的位置插入一个10，然后将2删除，但我们实际上获取的是指向2的指针，当我们在2的位置插入10后，该指针就指向了10，所以我们之后删除的实际上是10，而不是2。

解决方案：

#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

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: 1 2 3 4 5
	vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //获取值为2的元素的迭代器
	v.insert(pos, 10); //在值为2的元素的位置插入10
	//v: 1 10 2 3 4 5
	pos = find(v.begin(), v.end(), 2); //重新获取值为2的元素的迭代器
	v.erase(pos); //删除元素2
	//v: 1 10 3 4 5
	return 0;
}

我们在使用迭代器删除元素2时对其进行重新赋值便可以解决。