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c++中的vector

news 来源：原创 2025/5/18 10:46:53

C++ 中的 `vector` 是一个非常常用的容器类，类似于动态数组。以下是一些关于 `vector` 的关键知识点和注意事项：

1. 基本概念

动态数组：`vector` 是基于数组实现的，能够动态调整大小。它存储相同类型的元素，并允许随机访问。
头文件：需要包含头文件 `<vector>`。
命名空间：位于 `std` 命名空间下，需要 `using namespace std;` 或直接使用 `std::vector`。

2. 定义与初始化

语法：

vector<T> vec;         // 创建一个空的 vector，元素类型为 T
vector<int> nums;      // 创建一个空的 int 类型 vector

初始化方式：
默认构造：创建空的 `vector`。
初始化列表：`vector<int> vec = {1, 2, 3};`
拷贝构造：`vector<int> vec2(vec);`
预留空间：`vec.reserve(n);` 预留存储 n 个元素的内存，但元素数量仍为 0。

3. 常用成员函数

以下是一些常用的 `vector` 成员函数：

| 函数 | 描述 |
|--------------------|--------------------------|
| `push_back(val)` | 在末尾添加元素 |
| `pop_back()` | 删除末尾元素 |
| `size()` | 返回当前元素数量 |
| `capacity()` | 返回当前容量（可容纳元素的最大数量） |
| `empty()` | 判断是否为空 |
| `resize(n)` | 调整大小为 n |
| `clear()` | 删除所有元素 |
| `at(index)` | 访问索引为 index 的元素（支持边界检查） |
| `operator[]` | 访问索引为 index 的元素（不支持边界检查） |
| `begin()` | 返回指向起始位置的迭代器 |
| `end()` | 返回指向末尾位置的迭代器（超出范围） |
| `front()` | 返回第一个元素 |
| `back()` | 返回最后一个元素 |

4. 动态调整特性

`vector` 会在需要时自动调整大小，例如：
调用 `push_back` 添加元素时，如果当前容量不足，`vector` 会分配更大的内存。
注意事项：
动态调整可能导致性能开销，频繁调用 `push_back` 可能会增加内存分配次数。
可以通过 `reserve` 函数预先分配空间，减少调整次数。

5. 索引访问的注意事项

边界检查：
使用 `at(index)` 时，如果索引超出范围，会抛出 `out_of_range` 异常。
使用 `operator[]` 时，不会进行边界检查，可能导致未定义行为（如访问越界）。

6. 迭代器操作

迭代器失效：
如果对 `vector` 进行插入或删除操作（如 `push_back`, `pop_back`, `insert`, `erase`），可能会使所有现有的迭代器、指针和引用失效。
推荐使用范围 `for`：

for (int x : vec) {
    cout << x << " ";
}

7. 清除与缩小容量

清除内容：
`vec.clear()` 删除所有元素，但不释放内存，容量（`capacity`）保持不变。
缩小容量：
调用 `shrink_to_fit()` 或手动重新分配内存，以释放多余空间。

8. 示例代码

以下是一个完整的代码示例，展示了 `vector` 的基本用法：

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
    vector<int> vec;

    // 添加元素
    vec.push_back(1);
    vec.push_back(2);
    vec.push_back(3);

    // 输出元素数量
    cout << "Size: " << vec.size() << endl;

    // 遍历并输出元素
    for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
        cout << vec[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    // 使用迭代器遍历
    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    // 清除元素
    vec.clear();
    cout << "Size after clear: " << vec.size() << endl;

    return 0;
}

输出：

Size: 3
1 2 3
1 2 3
Size after clear: 0

9. 性能优化

预先分配空间：
如果知道元素的数量，可以使用 `reserve` 提前分配空间，减少内存分配次数：

vec.reserve(100);  // 提前分配可存储 100 个元素的空间

避免频繁修改：
对于需要大量插入和删除操作的场景，`vector` 的性能可能不如 `list` 等容器。

10. 常见错误与陷阱

索引越界：
例如：`vec[10]` 访问了未初始化的内存（`vec` 的大小为 0），导致未定义行为。
迭代器失效：
修改 `vector` 的大小后，继续使用旧的迭代器会导致未定义行为。
容量和大小混淆：
capacity() 表示 `vector` 预分配的内存量（可能大于 `size()`）。

总结
`vector` 是 C++ 中非常强大且灵活的容器类，适用于大多数需要动态数组的场景。正确使用其成员函数、注意边界条件和动态调整特性，可以避免许多常见的编程错误，提高代码的效率和可维护性。