c++ 11标准模板(STL) std::vector (七)

定义于头文件 <vector>
template<

    class T,
    class Allocator = std::allocator<T>

> class vector;
(1)
namespace pmr {

    template <class T>
    using vector = std::vector<T, std::pmr::polymorphic_allocator<T>>;

}
(2) (C++17 起)

 1) std::vector 是封装动态数组的顺序容器。

2) std::pmr::vector 是使用多态分配器的模板别名。

元素相继存储,这意味着不仅可通过迭代器,还能用指向元素的常规指针访问元素。这意味着指向 vector 元素的指针能传递给任何期待指向数组元素的指针的函数。

(C++03 起)

vector 的存储是自动管理的,按需扩张收缩。 vector 通常占用多于静态数组的空间,因为要分配更多内存以管理将来的增长。 vector 所用的方式不在每次插入元素时,而只在额外内存耗尽时重分配。分配的内存总量可用 capacity() 函数查询。额外内存可通过对 shrink_to_fit() 的调用返回给系统。 (C++11 起)

重分配通常是性能上有开销的操作。若元素数量已知,则 reserve() 函数可用于消除重分配。

vector 上的常见操作复杂度(效率)如下:

  • 随机访问——常数 O(1)
  • 在末尾插入或移除元素——均摊常数 O(1)
  • 插入或移除元素——与到 vector 结尾的距离成线性 O(n)

std::vector (对于 bool 以外的 T )满足容器 (Container) 、具分配器容器 (AllocatorAwareContainer) 、序列容器 (SequenceContainer) 、连续容器 (ContiguousContainer) (C++17 起)及可逆容器 (ReversibleContainer) 的要求。

容量

预留存储空间

std::vector<T,Allocator>::reserve

void reserve( size_type new_cap );

 增加 vector 的容量到大于或等于 new_cap 的值。若 new_cap 大于当前的 capacity() ,则分配新存储,否则该方法不做任何事。

reserve() 不更改 vector 的 size 。

new_cap 大于 capacity() ,则所有迭代器,包含尾后迭代器和所有到元素的引用都被非法化。否则,没有迭代器或引用被非法化。

参数

new_cap - vector 的新容量
类型要求
- T 必须满足可移动插入 (MoveInsertable) 的要求。

返回值

(无)

异常

  • 若 new_cap > max_size() 则为 std::length_error 。
  • 任何 Allocator::allocate() 所抛的异常(典型为 std::bad_alloc )

若抛出异常,则此函数无效果(强异常保证)。

T 的移动构造函数不是 noexcept 且 T 非可复制插入 (CopyInsertable) 到 *this ,则 vector 将使用移动构造函数。若它抛出,则摒弃保证,且效果未指定。

(C++11 起)

复杂度

至多与容器的 size() 成线性。

注意

不能用 reserve() 减少容器容量。为该目的提供的是 shrink_to_fit() 。

正确使用 reserve() 能避免不必要的分配,但不适当地使用 reserve() (例如在每次 push_back() 调用前调用它)可能会实际增加重分配的数量(通过导致容量线性而非指数增长)并导致计算复杂度增加,性能下降。

返回当前存储空间能够容纳的元素数

std::vector<T,Allocator>::capacity

size_type capacity() const;

(C++11 前)

size_type capacity() const noexcept;

(C++11 起)

 返回容器当前已为之分配空间的元素数。

参数

(无)

返回值

当前分配存储的容量。

复杂度

常数。

通过释放未使用的内存减少内存的使用

std::vector<T,Allocator>::shrink_to_fit

void shrink_to_fit();

(C++11 起)

 请求移除未使用的容量。

它是减少 capacity() 到 size()非强制性请求。请求是否达成依赖于实现。

若发生重分配,则所有迭代器,包含尾后迭代器,和所有到元素的引用都被非法化。若不发生重分配,则没有迭代器或引用被非法化。

参数

(无)

类型要求
- T 必须满足可移动插入 (MoveInsertable) 的要求。

返回值

(无)

复杂度

至多与容器大小成线性。

注意

若 T 移动构造函数以外的操作抛出异常,则无效果。

修改器

改变容器中可存储元素的个数

std::vector<T,Allocator>::resize

void resize( size_type count, T value = T() );

(C++11 前)

void resize( size_type count );

(1) (C++11 起)

void resize( size_type count, const value_type& value );

(2) (C++11 起)

重设容器大小以容纳 count 个元素。

若当前大小大于 count ,则减小容器为其首 count 个元素。

若当前大小小于 count ,则后附额外元素,并以 value 的副本初始化。

(C++11 前)

若当前大小小于 count

1) 则后附额外的默认插入的元素

2) 则后附额外的 value 的副本

(C++11 起)

参数

count - 容器的大小
value - 用以初始化新元素的值
类型要求
- 为使用重载 (1) , T 必须满足可移动插入 (MoveInsertable) 和 可默认插入 (DefaultInsertable) 的要求。
- 为使用重载 (2) , T 必须满足可复制插入 (CopyInsertable) 的要求。

返回值

(无)

复杂度

与当前大小和 count 间的差成线性。若容量小于 count 则可能有重分配所致的额外复杂度。

异常

若抛出异常,则此函数无效果(强异常保证)。

重载 (1) 中,若 T 的移动构造函数不是 noexcept 且 T 不可复制插入 (CopyInsertable) 到 *this ,则 vector 将使用会抛出的移动构造函数。若它抛出,则抛弃保证且效果未指定。

(C++11 起)

注意

若不想要重载 (1) 中的值初始化,例如元素是非类类型且不需要清零,则可以提供定制的 Allocator::construct 避免。

在重设大小到较小值时, vector 的容量决不减少,因为这会非法化所有的,而非只非法化等价的 pop_back() 调用序列所非法化的迭代器。

调用示例

#include <iostream>
#include <string>
#include <iterator>
#include <algorithm>
#include <functional>
#include <time.h>
#include <vector>

using namespace std;

struct Cell
{
    int x;
    int y;

    Cell() = default;
    Cell(int a, int b): x(a), y(b) {}

    Cell &operator +=(const Cell &cell)
    {
        x += cell.x;
        y += cell.y;
        return *this;
    }

    Cell &operator +(const Cell &cell)
    {
        x += cell.x;
        y += cell.y;
        return *this;
    }

    Cell &operator *(const Cell &cell)
    {
        x *= cell.x;
        y *= cell.y;
        return *this;
    }

    Cell &operator ++()
    {
        x += 1;
        y += 1;
        return *this;
    }


    bool operator <(const Cell &cell) const
    {
        if (x == cell.x)
        {
            return y < cell.y;
        }
        else
        {
            return x < cell.x;
        }
    }

    bool operator >(const Cell &cell) const
    {
        if (x == cell.x)
        {
            return y > cell.y;
        }
        else
        {
            return x > cell.x;
        }
    }

    bool operator ==(const Cell &cell) const
    {
        return x == cell.x && y == cell.y;
    }
};

std::ostream &operator<<(std::ostream &os, const Cell &cell)
{
    os << "{" << cell.x << "," << cell.y << "}";
    return os;
}


int main()
{
    std::cout << std::boolalpha;

    std::mt19937 g{std::random_device{}()};
    srand((unsigned)time(NULL));

    auto generate = []()
    {
        int n = std::rand() % 10 + 110;
        Cell cell{n, n};
        return cell;
    };

    //3) 构造拥有 count 个有值 value 的元素的容器。
    std::vector<Cell> vector1(2, generate());
    //替换容器的内容。1) 以 count 份 value 的副本替换内容。
    std::cout << "vector1:  ";
    std::copy(vector1.begin(), vector1.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    //打印数组真实地址
    std::cout << "vector1.data():       " << vector1.data() << std::endl;
    //增加 vector 的容量到大于或等于 new_cap 的值。
    //若 new_cap 大于当前的 capacity() ,则分配新存储,否则该方法不做任何事。
    vector1.reserve(1);
    //打印数组真实地址
    std::cout << "vector1.data():       " << vector1.data() << std::endl;
    //返回容器当前已为之分配空间的元素数。
    std::cout << "vector1.capacity():   " << vector1.capacity() << std::endl;
    vector1.reserve(3);
    //打印数组真实地址
    std::cout << "vector1.data():       " << vector1.data() << std::endl;
    std::cout << "vector1.capacity():   " << vector1.capacity() << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    //请求移除未使用的容量。它是减少 capacity() 到 size()非强制性请求。
    vector1.shrink_to_fit();
    std::cout << "vector1.data():       " << vector1.data() << std::endl;
    std::cout << "vector1.capacity():   " << vector1.capacity() << std::endl;
    std::cout << std::endl;


    //3) 构造拥有 count 个有值 value 的元素的容器。
    std::vector<Cell> vector2(5, {101, 101});
    //替换容器的内容。1) 以 count 份 value 的副本替换内容。
    std::cout << "vector2:  ";
    std::copy(vector2.begin(), vector2.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;

    //重设容器大小以容纳 count 个元素。
    //若当前大小大于 count ,则减小容器为其首 count 个元素。
    vector2.resize(3, {102, 102});
    std::cout << "vector2:  ";
    std::copy(vector2.begin(), vector2.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;
    //若当前大小小于 count ,则后附额外元素,并以 value 的副本初始化
    vector2.resize(5, {103, 103});
    std::cout << "vector2:  ";
    std::copy(vector2.begin(), vector2.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;
    //若当前大小小于 count ,1) 则后附额外的默认插入的元素
    vector2.resize(6);
    std::cout << "vector2:  ";
    std::copy(vector2.begin(), vector2.end(), std::ostream_iterator<Cell>(std::cout, " "));
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}

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