【STL】：vector用法详解

朋友们、伙计们，我们又见面了，本期来给大家解读一下有关vector的基础用法，如果看完之后对你有一定的启发，那么请留下你的三连，祝大家心想事成！

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1. vector介绍

2. vector使用

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1. vector介绍

vector官方文档参考

类似于数据结构中讲到过的顺序表

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使用

vector学习时一定要学会查看文档：vector官方文档参考，vector在实际中非常的重要，在实际中我们熟悉常见的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重点掌握的。

2.1vector的定义

构造函数声明	接口说明
vector()	无参构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）	构造并初始化n个val
vector (const vector& x)	拷贝构造
vector (InputIterator first, InputIterator last)	使用迭代器进行初始化构造

在使用vector之前需要包含vector对应的头文件：#include <vector>

#include <vector>

//定义测试
void test_vector1()
{
	//1. 无参
	vector<int> v1;

	//2. n个val构造
	vector<int> v2(10, 0);

	//3. 使用迭代器区间
	vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());

	//4. 使用其他容器的迭代器区间
	string str = "Hello World!";
	vector<int> v4(str.begin(), str.end());

	//拷贝构造
	vector<int> v5(v2);
}

2.2vector迭代器

iterator的使用	接口说明
begin + end	获取第一个数据位置的iterator/const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator
rbegin + rend	获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator

//迭代器
void test_vector2()
{
	vector<int> v2(10, 0);

	for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		//vector也可以使用[]
		cout << v2[i] << " ";
	}
	cout << endl;

	//迭代器的使用
	//vector<int>::iterator it = v2.begin();
	auto it = v2.begin();
	while (it != v2.end())
	{
		cout << *it << " ";
		it++;
	}
	cout << endl;

	//范围for
	for (auto e : v2)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

2.3vector空间增长

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	改变vector的size
reserve	改变vector的capacity

capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。

reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题。

resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

// 测试vector的默认扩容机制
void TestVectorExpand()
{
	size_t sz;
	vector<int> v;
	sz = v.capacity();
	cout << "making v grow:\n";
	for (int i = 0; i < 100; ++i)
	{
		v.push_back(i);
		if (sz != v.capacity())
		{
			sz = v.capacity();
			cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
		}
	}
}
vs：运行结果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式扩容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 3
capacity changed: 4
capacity changed: 6
capacity changed: 9
capacity changed: 13
capacity changed: 19
capacity changed: 28
capacity changed: 42
capacity changed: 63
capacity changed: 94

capacity changed: 141

g++运行结果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式扩容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128

如果已经确定vector中要存储元素大概个数，可以提前将空间设置足够（reserve()）
就可以避免边插入边扩容导致效率低下的问题。

重点来看一下resize和reserve：

如我我们要对一个vector进行初始化，那必然先要进行空间的创建，然后再进行初始化，那么在这里是需要resize还是reserve？

resize改变的是vector的size，而size代表的是有效元素的个数，reserve改变的vector的capacity，而capacity代表的是有效空间，所以要对一个vector进行初始化是需要使用resize的。
//容量
void test_vector3()
{
	vector<int> v;

	//v.reserve(100); // size == 0    capacity == 100
	v.resize(100); //  size == 100   capacity == 100
	//初始化
	for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
	{
		v[i] = i;
	}
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

2.4vector增删查改

vector增删查改	接口说明
push_back	尾插
pop_back	尾删
find	查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert	在position之前插入val
erase	删除position位置的数据
swap	交换两个vector的数据空间
operator[ ]	像数组一样访问

1. 尾插、尾删

void test_vector4()
{
	vector<int> v;
	//尾插
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	//尾删
	v.pop_back();
	v.pop_back();
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;
}

2. 插入（insert）、删除（erase）、查找（find）

find算法不属于vector中的接口（方便插入和删除）

//插入、删除
void test_vector5()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);

	//头插
	v.insert(v.begin(), 0);
	//头删
	v.erase(v.begin());

	//在pos位置插入
	v.insert(v.begin() + 2, 30);
	//删除pos位置
	v.erase(v.begin() + 2);

	//在pos位置插入n个val
	v.insert(v.begin() + 1, 5, 10);

	//找到5个10并删除
	for (size_t i = 0; i < 5; i++)
	{
		v.erase(find(v.begin(), v.end(), 10));
	}
}

2.4.1 迭代器失效

当使用vector进行insert、erase操作时，vector的迭代器都会失效：

void test_vector7()
{
	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 it = v.begin();
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << ' ';
		v.insert(v.begin() + 2, 7);  //造成迭代器失效
		it++;
	}
}

void test_vector8()
{
	vector<int> v = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
	vector<int>::iterator it = v.begin();
	//删除偶数
	while (it != v.end())
	{
		if (*it % 2 == 0)
		{
			v.erase(it);
		}
		it++;
	}
}

同样的string的insert和erase也会导致迭代器失效：

void TestString()
{
	string s("hello");
	auto it = s.begin();
	// 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
	// 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
	// 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
	//s.resize(20, '!');
	while (it != s.end())
	{
		cout << *it;
		++it;
	}

	cout << endl;
	it = s.begin();
	while (it != s.end())
	{
		it = s.erase(it);
		// 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
		// it位置的迭代器就失效了
		// s.erase(it);
		++it;
	}
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可。

3. 清理（clear）和缩容（shrink_to_fit）

clear：只清理数据，不释放空间。

shrink_to_fit：将capacity缩到size

void test_vector6()
{
	vector<int> v;
	v.push_back(1);
	v.push_back(2);
	v.push_back(3);
	v.push_back(4);
	v.push_back(5);
	for (auto e : v)
	{
		cout << e << " ";
	}
	cout << endl;

	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	//清理
	v.clear();
	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;

	//缩容
	v.shrink_to_fit(); 

	cout << v.size() << endl;
	cout << v.capacity() << endl;
}

朋友们、伙计们，美好的时光总是短暂的，我们本期的的分享就到此结束，欲知后事如何，请听下回分解~，最后看完别忘了留下你们弥足珍贵的三连喔，感谢大家的支持！

【STL】：vector用法详解

1. vector介绍

2. vector使用

2.1vector的定义

2.2vector迭代器

2.3vector空间增长

2.4vector增删查改

2.4.1 迭代器失效

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