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C++学习笔记（二十五）——vector

news 来源：原创 2025/4/30 15:25:56

一、std::vector

（1）vector与其适用场景

作用：
std::vector 是 C++ 标准模板库（STL）中的动态数组，它的大小可以动态增长或缩小，并且提供了自动内存管理和丰富的操作函数。

特点：

  • 自动管理内存（不需要手动 new/delete）。
  • 动态扩展（不像普通数组需要固定大小）。
  • 支持随机访问（O(1) 复杂度）。
  • 丰富的内置函数（插入、删除、查找、排序等）。

适用场景：

  • 适用于需要动态增长的数组 。
  • 适用于需要快速访问（O(1)）的情况 。
  • 适用于需要内存自动管理的情况 。

包含头文件

#include <vector>

（2）vector vs 数组

特性vector数组 (int arr[])
大小动态调整固定大小
内存管理自动手动管理
元素访问O(1)O(1)
安全性at() 提供边界检查访问越界可能崩溃
功能具备 insert, erase, sort 等功能需要手写

二、std::vector 的创建

函数作用
vector<T> vec;默认构造一个空vector
vector<T> vec(n);创建一个大小为n的vector，默认初始化元素
vector<T> vec(n, val);创建一个大小为n，值为val的vector
vector<T> vec = {val1, val2, ...};使用列表初始化
vector<T> vec(other_vec);拷贝构造
vector<T> vec(other_vec.begin(), other_vec.end());迭代器范围构造

(1) 定义 vector

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

void printVector(const vector<int> v)
{
    for (int x : v)
    {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> v1;              // 创建空 vector
    vector<int> v2(5);           // 创建包含 5 个元素的 vector，默认值为 0
    vector<int> v3(5, 100);      // 创建 5 个 100
    vector<int> v4 = {1, 2, 3};  // 直接初始化
    vector<int> v5(v4);          // 复制另一个 vector

    printVector(v1);
    printVector(v2);
    printVector(v3);
    printVector(v4);
    printVector(v5);

    system("pause");
    return 0;
}

(2) 向 vector 添加元素

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v;
    v.push_back(10);   // 添加元素
    v.push_back(20);
    v.emplace_back(30); // 效率更高

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

    system("pause");
    return 0;
}

注意：

  • push_back：先构造一个临时对象，然后拷贝/移动到容器中。
  • emplace_back：直接在容器的内存空间中构造对象，避免临时对象的创建和拷贝/移动，提高效率。

(3) 访问 vector 元素

函数作用
vec[i]索引访问，无越界检查
vec.at(i)索引访问，带越界检查（越界抛异常）
vec.front()返回第一个元素
vec.back()返回最后一个元素
vec.data()返回指向底层数组的指针

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v;
    v.push_back(10);   // 添加元素
    v.push_back(20);
    v.emplace_back(30); // 效率更高

    cout << v[0] << endl;       // 直接访问
    cout << v.at(1) << endl;    // 安全访问，带边界检查
    cout << v.front() << endl;  // 获取第一个元素
    cout << v.back() << endl;   // 获取最后一个元素

    system("pause");
    return 0;
}

三、遍历 vector

(1) 使用 for 循环

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};  // 直接初始化

    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

(2) 使用范围 for

作用：

  • C++11 引入了范围基 for 循环（range-based for loop），用于简洁、直观地遍历容器（如 vector、list、map 等）。

语法：

for (元素类型 变量 : 容器) {
    // 操作变量
}

遍历方式：

  • 值遍历：for (auto x : container) —— 拷贝元素（适用于基本类型）。
  • 引用遍历：for (auto& x : container) —— 避免拷贝，提高效率。
  • 常引用遍历：for (const auto& x : container) —— 保护数据，防止修改。

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};  // 直接初始化

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

    system("pause");
    return 0;
}

(3) 使用迭代器

函数作用
vec.begin()返回指向首元素的迭代器
vec.end()返回指向尾后元素的迭代器
vec.rbegin()返回指向末元素的反向迭代器
vec.rend()返回指向首元素前的反向迭代器

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

int main() {
    vector<int> v = {10, 20, 30, 40, 50};  // 直接初始化

    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;

    system("pause");
    return 0;
}

四、 std::vector 的常用操作

(1) 插入、删除

函数作用
vec.push_back(val)尾部添加元素
vec.emplace_back(args...)尾部原地构造元素（比push_back更高效）
vec.insert(pos, val)在pos位置插入val
vec.insert(pos, n, val)在pos位置插入n个val
vec.insert(pos, first, last)在pos位置插入迭代器范围的元素
vec.erase(pos)删除pos位置的元素
vec.erase(first, last)删除[first, last)范围内的元素
vec.pop_back()删除尾部元素
vec.clear()清空所有元素

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

void printVector(vector<int> v)
{
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
    printVector(v);

    // 插入元素
    v.insert(v.begin() + 2, 100); // 在索引 2 位置插入 100, (1,2,100,3,4)
    printVector(v);

    // 删除元素
    v.erase(v.begin());           // 删除第一个元素 (2,100,3,4)
    printVector(v);
    v.erase(v.begin() + 2);       // 删除索引 2 处的元素 (2,100,4)
    printVector(v);

    // 清空 vector
    v.clear();
    printVector(v);

    system("pause");
    return 0;
}

(2) vector 的大小

函数作用
vec.size()返回当前元素数量
vec.empty()判断是否为空
vec.capacity()返回当前分配的存储容量
vec.shrink_to_fit()减少capacity使其等于size
vec.reserve(n)预分配至少n个元素的空间
vec.resize(n)调整大小为n，新元素默认构造
vec.resize(n, val)调整大小为n，新元素初始化为val

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

void printVector(vector<int> v)
{
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
    cout << v.size() << endl;     // 获取元素个数
    cout << v.capacity() << endl; // 获取当前容量
    cout << v.empty() << endl;    // 是否为空

    v.resize(10);      // 重新设定大小，默认填充 0
    printVector(v);

    v = {1, 2, 3, 4};
    v.resize(10, 5);   // 填充 5
    printVector(v);

    system("pause");
    return 0;
}

（3）vector 的排序

函数作用
vec.size()返回当前元素数量
sort(vec.begin(), vec.end())排序
reverse(vec.begin(), vec.end())逆序
find(vec.begin(), vec.end(), val)查找元素
binary_search(vec.begin(), vec.end(), val)二分查找（需排序）

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
#include <algorithm>

void printVector(vector<int> v)
{
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> v = { 3, 1, 4, 5, 2 };
    printVector(v);

    sort(v.begin(), v.end());  // 升序排序
    printVector(v);
    reverse(v.begin(), v.end());  // 逆序
    printVector(v);

    system("pause");
    return 0;
}

(4) 交换 vector

示例：

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>

void printVector(vector<int> v)
{
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;
}

int main() {
    vector<int> a = {1, 2, 3};
    vector<int> b = {4, 5, 6};
    cout << "交换前： " << endl;
    printVector(a);
    printVector(b);

    a.swap(b);  // 交换 a 和 b 的内容
    cout << "交换后： " << endl;
    printVector(a);
    printVector(b);

    system("pause");
    return 0;
}

注意：
a.swap(b); 交换 a 和 b 的所有元素，避免数据拷贝，提高性能。

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