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【C++】vector常用接口的使用

news 2025/10/15 6:48:05

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文章主题：探秘string的底层实现
隶属专栏：我的 C++ 成长日志
写作日期：2025年10月12日

一、什么是vector

二、vector常见接口的使用

2.1 构造函数

🌸无参构造：vector()

🌸有参构造：

🌸拷贝构造：

🌸 使用迭代器进行初始化构造：

2.2 vector iterator的使用：

🎯begin+end:

2.3 vecror空间增长的相关接口：

🎯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

2.4 vector的增删查改：

🌊 push_back：尾插

🌊 pop_back：尾删

🌊 insert：在position之前插入val

🌟问题:vector 可以替代 string 嘛？

🌊 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

三、使用vector需注意的点：

一、什么是vector

vector 是一种序列容器，用于表示大小可动态变化的数组。
与普通数组类似，vector 的元素也存储在连续的内存空间中。这意味着可以通过元素的常规指针偏移量来访问 vector 中的元素，其访问效率与普通数组完全一致。但与普通数组不同的是，vector 的大小可以动态改变，其内存空间由容器自动管理。
在内部实现上，vector 会使用动态分配的数组来存储元素。当插入新元素导致 vector 需要扩容时，容器可能会重新分配内存 —— 即分配一块新的数组空间，并将所有元素移动到新空间中。这种操作的时间开销相对较大，因此 vector 并不会在每次添加元素时都执行重新分配。
相反，vector 容器会预先分配额外的内存空间以应对可能的扩容需求。因此，容器的实际容量（capacity）可能会大于存储当前元素所需的内存空间（即容器的大小 size）。不同的标准库实现可能会采用不同的扩容策略，以在内存占用和重新分配频率之间取得平衡。但无论采用何种策略，重新分配都只会在大小以对数级增长的间隔时发生，从而确保在 vector 末尾插入单个元素的操作能达到均摊常数时间复杂度。
因此，与普通数组相比，vector 会消耗更多内存，但换来的是更便捷的内存管理能力和高效的动态扩容能力。
与其他动态序列容器（deque 双端队列、list 双向链表、forward_list 单向链表）相比：

vector 在元素访问上效率极高（与普通数组一致）；
在末尾添加或删除元素的操作上效率也相对较高；
但在非末尾位置插入或删除元素时，效率远低于其他容器；
此外，其迭代器和引用的稳定性也不如 list 和 forward_list（元素移动可能导致迭代器 / 引用失效）。

二、vector常见接口的使用

2.1 构造函数

🌸无参构造：vector()

表示创建一个空的 vector 容器，即不包含任何元素，仅初始化容器自身的基础结构。

🌸有参构造：

表示构造并初始化n个val，适用于需要批量初始化相同值元素的场景。

// T：vector存储的元素类型；n：元素数量（非负整数）；val：初始化值（T类型）
std::vector<T> 容器名(n, val);

🌸拷贝构造：

🌸 使用迭代器进行初始化构造：

2.2 vector iterator的使用：

🎯begin+end:

表示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

遍历vector:

2.3 vecror空间增长的相关接口：

🎯size:获取数据个数

🎯capacity:获取容量大小

capacity底层扩容机制：

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';}}
}

Vs2022下运行：

Linux下的结果:

🌟综上：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。

🎯empty:判断是否为空

注意:如果容器大小为0，则返回True，否则返回false。

🎯resize:改变vector的size

说明：该函数的第二个参数value_type val=value_type();其中value_type表示第一个模板参数(T)，,对于vector<int>，T就是int。对于value_type()表示我们不传入第二个参数的时候，才会调用该类型的默认构造函数，对于内置类型，value_type()会生成值为0的临时对象，为什么会是0呢？而不是其他值，这是因为确保了内置类型在这种场景下的初始化行为是可预期的，也就是初始化的值是多少（0）是明确的，而不是随机内存垃圾（随机值）。对于自定义类型，会调用其默认构造函数

resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

如果n小于当前容器的大小(size)，则内容将被减少到前n个元素，并删除超出的元素（并销毁它们）。
如果n大于当前容器的大小(size)，则通过在末尾插入所需的元素来扩展内容，以达到n的大小。如果指定了val，则将新元素初始化为val的副本，否则将初始化为0。
如果n大于当前容器容量（capacity），则会扩容。然后通过在末尾插入所需的元素来扩展内容，以达到n的大小。如果指定了val，则将新元素初始化为val的副本，否则将初始化为0。

void Print(const vector<int>& v)
{cout <<"size:" << v.size() << endl;cout << "capacity" << v.capacity() << endl;cout << "遍历数组：";vector<int>::const_iterator it = v.cbegin();while (it != v.cend()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}
void test02()
{vector<int> v2(10, 1);Print(v2);cout << "n为5:" << endl;v2.resize(5);Print(v2);cout << "n为15:" << endl;//指定了valv2.resize(15,3);Print(v2);cout << "n为20:" << endl;//没指定valv2.resize(20);Print(v2);
}

🎯reserve:改变vector的capacity

请求更改容量,要求vector容器容量至少足以容纳n个元素。
如果n大于当前的vector容量，则该函数使容器重新分配其存储空间，将其容量增加到n（或更大）。
在所有其他情况下，函数调用不会导致重新分配，向量容量也不会受到影响。
这个函数对vector的大小没有影响，也不能改变vector的元素。

🌟总结：

如果n>capacity大，就扩容(VS下要多少给多少空间)，n<capacity,就不用管，也不会缩容。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。

比如：

如果已经确定 vector 中要存储元素的大概个数，可以reserve()提前将空间开好，这样就可以避免免一遍插入一遍扩容而导致效率低下的问题了。

void TestVectorExpand()
{size_t sz;vector<int> v;v.reserve(100);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';}}
}

2.4 vector的增删查改：

🌊 push_back：尾插

注意：value_type指的是第一个模板参数(T)。

🌊 pop_back：尾删

🌊 insert：在position之前插入val

void Print_arr(const vector<int>& v)
{vector<int>::const_iterator it = v.cbegin();while (it != v.cend()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}
void test03()
{vector<int> v(10,0);//在下标为5的位置前插入1v.insert(v.begin()+5, 1);Print_arr(v);//在下标为7的位置插入5个2v.insert(v.begin()+7,5,2);Print_arr(v);//在下标为9的位置插入一个迭代器区间的内容v.insert(v.begin()+9,v.begin(),v.end());Print_arr(v);
}

🌟问题:vector<char> 可以替代 string 嘛？

答案是不可以，虽然他们俩的底层本质上都是动态增长的数组，但是 string 字符串的结尾默认有 \0，可以更好的兼容 C 接口，而 vector<char> 的结尾默认是没有 \0 的，需要我们自己插入。

🌊 erase：删除position位置的数据

🌊 swap：交换两个vector的数据空间

void Print_arr(const vector<int>& v,const int& n)
{cout << "v"<<n<<":";vector<int>::const_iterator it = v.cbegin();while (it != v.cend()){cout << *it << " ";it++;}cout << endl;
}
void test04()
{vector<int> v1(10,1);vector<int> v2(5,0);cout << "交换前 ：" << endl;Print_arr(v1,1);Print_arr(v2, 2);v1.swap(v2);cout << "交换后：" << endl;Print_arr(v1, 1);Print_arr(v2, 2);
}

🌊 operator[] ：像数组一样访问

void test05()
{vector<int> myvector(10,1);  for (int i=0;i< myvector.size();i++){myvector[i] = 2;cout << myvector[i] << " ";}cout << endl;const vector<int> myvector2(5, 5);for (int i = 0; i < myvector2.size(); i++){//只读，不可修改//myvector2[i] = 2;cout << myvector2[i] << " ";}
}

三、使用vector需注意的点：

vector里面可以存int、double、char这些自定义类型外，还可以存自定义类型。

比如：

在vector里面存string类型：

void test06()
{string s1="hello world";vector<string> v1;v1.push_back(s1);//尾插字符串，会走隐式类型转换v1.push_back("have a nice day");//底层原理是通过迭代器实现编译器会获取 v1.begin() 和 v1.end() 迭代器，//循环中通过*it解引用获取元素，拷贝给 s（每次循环都会调用string的拷贝构造）。//auto 自动推导 s 的类型为stringfor (auto s:v1){//调用 string 的输出运算符重载，打印字符串内容。cout << s << " ";}//每次循环都会调用string的拷贝构造严重影响效率//所以我们可以加上引用，减少拷贝，提高效率for (auto& s : v1){cout << s << " ";}
}

🌟小Tips:auto后面加不加&，就想s是不是自定义类型且该自定义类型还涉及到申请空间，如果是就要加&，减少深拷贝，提高效率，所以最好还是加上&。

在vector里面存vector类型：

void test08()
{//二维数组//5行10列vector<int> v (10,1);vector<vector<int>> vv(5,v);vv[2][5] = 2;//与vv[2][5] = 2等价：vv.operator[](2).operator[](5) = 2;//遍历二维数组for (int i=0;i<vv.size();i++){for (int j=0;j<v.size();j++){cout << vv[i][j] << " ";}cout << endl;}
}