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文章目录
- 一、vector概述
- 1.1 vector的定义
- 1.2 vector的核心特性
- 二、vector的基本使用
- 2.1 头文件与命名空间
- 2.2 vector的构造函数
- 三、vector的常用操作
- 3.1 元素访问
- 3.2 容量操作
- 3.3 修改操作
- 四、vector的迭代器
- 五、vector的性能优化
- 5.1 预分配空间
- 5.2 使用emplace_back替代push_back
- 六、vector的迭代器失效问题
- 6.1 迭代器会失效的情况归纳
- 6.2 如何避免迭代器失效
- 七、vector的适用场景
- 7.1 适合使用vector的场景
- 7.2 不适合使用vector的场景
作为C++开发者，vector是我们日常编程中使用频率最高的容器之一。它结合了数组的高效访问和动态扩容的灵活性，是STL中最受欢迎的序列式容器。本文将全面剖析vector的方方面面，帮助读者彻底掌握这个强大的工具。
一、vector概述
1.1 vector的定义
- vector是C++标准模板库(STL)中的一个动态数组容器，它能够存储相同类型的元素，并且可以动态调整大小。与普通数组相比，vector的最大优势在于它能够根据需要自动扩容，无需手动管理内存。
1.2 vector的核心特性
-
动态扩容：自动调整容量以适应元素数量的变化
-
随机访问：支持通过下标直接访问元素，时间复杂度O(1)
-
内存连续：所有元素存储在连续的内存空间中
-
尾部操作高效：在尾部插入和删除元素效率高
-
丰富的接口：提供大量便捷的操作方法
二、vector的基本使用
2.1 头文件与命名空间
- 使用vector需要包含头文件：
#include <vector>
- vector位于std命名空间中，通常我们使用：
using namespace std;
2.2 vector的构造函数
vector提供了多种构造方式：
-
- 默认构造（空vector）
vector<int> v1;
-
- 指定大小和初始值
vector<int> v2(5, 10); // 5个元素，每个都是10
-
- 通过迭代器范围构造
int arr[] = {1, 2, 3};
vector<int> v3(arr, arr + 3);
-
- 拷贝构造
vector<int> v4(v3);
-
- C++11初始化列表
vector<int> v5 = {1, 2, 3, 4, 5};
三、vector的常用操作
3.1 元素访问
vector提供了多种访问元素的方式：
我们定义初始化一个vector作为示例：
vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
-
- 使用下标操作符[]（不检查边界）
cout << v[0] << endl; // 1
-
- 使用at()方法（会检查边界，越界抛出异常）
cout << v.at(1) << endl; // 2
-
- 访问首尾元素
cout << v.front() << endl; // 1
cout << v.back() << endl; // 5
-
- 使用迭代器访问
for(auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {cout << *it << " ";
}
3.2 容量操作
声明一个vector作为示例：
vector<int> v;
-
- 获取元素数量
cout << v.size() << endl;
-
- 获取当前容量
cout << v.capacity() << endl;
-
- 检查是否为空
if(v.empty()) {cout << "vector is empty" << endl;
}
-
- 改变元素数量
v.resize(10); // 将size调整为10
-
- 预留空间（重要优化手段）
v.reserve(100); // 预先分配100个元素的空间
3.3 修改操作
老样子，声明一个vector作为示例：
vector<int> v;- 1. 尾部插入
```cpp
v.push_back(1);
v.push_back(2);- 2.C++11更高效的emplace_back
```cpp
v.emplace_back(3);
-
- 尾部删除
v.pop_back();
-
- 任意位置插入
v.insert(v.begin() + 1, 5); // 在第二个位置插入5
-
- 任意位置删除
v.erase(v.begin()); // 删除第一个元素
-
- 清空vector
v.clear();
-
- 交换两个vector
vector<int> v2 = {4, 5, 6};
v.swap(v2);
四、vector的迭代器
vector支持多种迭代器，使得遍历操作更加灵活：
- 定义一个vector容器作为示例：
vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
-
- 普通迭代器（正向遍历）
for(auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {cout << *it << " ";
}
-
- 常量迭代器（不允许修改元素）
for(auto it = v.cbegin(); it != v.cend(); ++it) {cout << *it << " ";
}
-
- 反向迭代器（逆向遍历）
for(auto rit = v.rbegin(); rit != v.rend(); ++rit) {cout << *rit << " ";
}
五、vector的性能优化
5.1 预分配空间
- vector的自动扩容机制虽然方便，但频繁扩容会影响性能。使用reserve()可以显著提高性能：
vector<int> v;
v.reserve(1000); // 预先分配1000个元素的空间// 现在插入1000个元素不会触发扩容
for(int i = 0; i < 1000; ++i) {v.push_back(i);
}
5.2 使用emplace_back替代push_back
- C++11引入的emplace_back比push_back更高效，特别是对于复杂对象：
vector<pair<int, string>> v;// push_back需要构造临时对象
v.push_back(make_pair(1, "one"));// emplace_back直接在容器中构造对象
v.emplace_back(2, "two");
六、vector的迭代器失效问题
6.1 迭代器会失效的情况归纳
-
插入操作：
-
如果导致vector扩容，所有迭代器失效
-
否则，插入位置之后的迭代器失效
-
-
删除操作：
- 被删除元素及其后的所有迭代器失效
6.2 如何避免迭代器失效
- 正确做法1：使用erase返回值更新迭代器
for(auto it = v.begin(); it != v.end(); ) {if(*it == 3) {it = v.erase(it); // erase返回下一个有效迭代器} else {++it;}
}
- 正确做法2：使用算法+erase
v.erase(remove(v.begin(), v.end(), 3), v.end());
七、vector的适用场景
7.1 适合使用vector的场景
-
需要频繁随机访问元素
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主要在尾部进行插入删除操作
-
元素数量变化不大或可以预估最大数量
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需要内存连续性的场景（如与C API交互）
7.2 不适合使用vector的场景
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需要频繁在头部或中间插入删除
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元素数量变化非常大且无法预估
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对内存使用有严格限制的场景