C++中vector的常用接口详析说明
作者：三分苦
1、vector介绍
- 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（deques, lists and forward_lists）， 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lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。
2、vector的使用
2.1、vector的定义
| （constructor）构造函数声明 | 接口说明 |
| 1、vector() 重点 | 无参构造 |
| 2、vector（size_type n, const value_type& val = value_type()） | 构造并初始化n个val |
| 3、vector (const vector& x); （重点） | 拷贝构造 |
| 4、vector (InputIterator first, InputIterator last); | 使用迭代器进行初始化构造 |
示例：
1、vector() 无参构造
int main()
{
vector<int> v1;//存储int类型数据
v1.push_back(1);
vector<double> v2;
v2.push_back(1.1);//存储double类型数据
vector<string> v3;
v3.push_back("hello world");//存储string类型数据
}2、vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）构造并初始化n个val
vector<int> v1(10, 5);//用10个5来初始化v1
3、vector (const vector& x); 拷贝构造
vector<int> v1(10, 5);//用10个5来初始化v1 vector<int> v2(v1);//用v1去拷贝构造v2
4、vector (InputIterator first, InputIterator last); 使用迭代器进行初始化构造
vector<int> v1(10, 5);//用10个5来初始化v1 vector<int> v3(v1.begin(), v1.end());//使用迭代器拷贝构造v2的数据
还可以通过迭代器初始化来获得string的字符串
string s = "hello world"; vector<char> v(s.begin(), s.end());
2.2、vector的遍历
| 接口名称 | 使用说明 |
| 1、operator[ ] | 下标 + [ ] |
| 2、迭代器 | begin + end 或 rbrgin + rend |
| 3、范围for | 底层还是借用迭代器实现 |
operator[ ]
operator[ ]就是对[ ]的重载，是我们可以像C语言那样使用下标 + [ ]去访问元素。
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
v[i] += 1;
cout << v[i] << " "; // 2 3 4 5
}
}迭代器
vector的迭代器和string的迭代器近乎一致，规则也都类似。
| iterator的使用 | 接口说明 |
| 1、begin + end | begin获取第一个数据位置的iterator/const_iterator， end获取最后一个数据的下一个位置的iterator/const_iterator |
| 2、rbegin + rend | rbegin获取最后一个数据位置的reverse_iterator， rend获取第一个数据前一个位置的reverse_iterator |
正向迭代器：
void test2()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//2、迭代器
vector<int>::iterator it = v.begin();
while (it != v.end())
{
*it -= 2;
cout << *it << " "; // -1 0 1 2
it++;
}
}反向迭代器：
void test()
{
vector<int> v(10, 5);
vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();
while (rit != v.rend())
{
cout << *rit << " ";
rit++;
}
}范围for
范围for的底层就是替换了迭代器，先前string类已经实现过。
3、范围for
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//3、范围for
for (auto e : v)
{
cout << e << " "; //1 2 3 4
}
}2.3、vector的空间增长问题
| 容量空间 | 接口说明 |
| 1、size | 获取数据个数 |
| 2、capacity | 获取容量大小 |
| 3、max_size | 判断是否为空 |
| 4、resize | 改变vector中的size |
| 5、reserve | 改变vector的capacity |
size和capacity
vector的size是用来获取有效数据个数，而capacity就是获取容量大小：
void test()
{
vector<int> v(7, 5);
cout << v.size() << endl;//7
cout << v.capacity() << endl;//5
}max_size
max_size的作用是返回vector容器可以容纳的最大元素数，用类型的最大值除以sizeof(类型）即max_size。
void test()
{
vector<int> v1;
cout << v1.max_size() << endl;//1073741823
vector<char> v2;
cout << v2.max_size() << endl;//2147483647
}reserve
reserve的作用是请求更改容量capacity。
如果 n 大于当前容量，则该函数会导致容器重新分配其存储，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，且容量不会受影响。
void test()
{
vector<int> v(10, 5);
cout << v.capacity() << endl;//10
//如果n > 当前容量大小，更新容量至n
v.reserve(100);
cout << v.capacity() << endl;//100
//如果n < 当前容量大小，不做出任何改动
v.reserve(20);
cout << v.capacity() << endl;//100
}补充：
void test()
{
size_t sz;
std::vector<int> foo;
sz = foo.capacity();
std::cout << "making foo grow:\n";
for (int i = 0; i < 100; ++i)
{
foo.push_back(i);
if (sz != foo.capacity())
{
sz = foo.capacity();
std::cout << "capacity changed: " << sz << '\n';
}
}
}测试结果如下：
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。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
为什么一定要按照1.5倍或2倍增长呢？
答案：合适，单次增容越多，插入N个值，增容次数越少，效率就越高，但是浪费空间就越多。单次增容越少，就会导致频繁增容，效率低下。1.5倍或2倍是最平衡的做法。
resize
resize在空间的同时也进行了初始化。
如果 n 小于当前容器大 小，则内容将减少到其前 n 个元素，删除超出（并销毁）的元素。如果 n 大于当前容器大小 ，则通过在末尾插入所需数量的元素以达到 n 的大小来扩展内容。如果指定了 val，则新元素将初始化为 val 的副本，否则，它们将进行值初始化。
void test()
{
vector<int> v(10, 5);
cout << v.size() << endl;//10
cout << v.capacity() << endl;//10
//如果n的大小 > size和capacity，更新到n。超出的部分用1初始化
v.resize(100, 1);
cout << v.size() << endl;//100
cout << v.capacity() << endl;//100
//如果n的大小 < size，更新size到n，容量capacity不变
v.resize(50);
cout << v.size() << endl;//50
cout << v.capacity() << endl;//100
//如果n的大小 > size，且 < capacity，更新size到n，容量capacity不变
v.resize(70);
cout << v.size() << endl;//50
cout << v.capacity() << endl;//100
}2.4、vector的增删查改
| vector增删查改 | 接口说明 |
| 1、push_back | 尾插 |
| 2、pop_back | 尾删 |
| 3、insert | 在下标为pos的前面插入val |
| 4、erase | 删除下标为pos的值 |
| 1、find | 查找。（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口） |
| 2、sort | 排序。（注意这里也不是vector的函数接口，只是用于排序） |
push_back和pop_back
这俩接口和string类以及数据结构的没啥区别，这里简单给出测试用例：
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(10);
v.pop_back();
v.pop_back();
}insert和erase
insert就是在下标为pos的前面插入val，erase就是删除下标为pos的值
void test9()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(10);
//insert
v.insert(v.begin(), 0); //在下标为0的位置插入0
v.insert(v.begin(), 2, -1);//在下标为0的位置往后插入两个-1
for (auto e : v)
cout << e << " "; //-1 -1 0 1 10
cout << endl;
v.insert(v.begin() + 3, 2);//在下标为3的位置插入2
for (auto e : v)
cout << e << " "; //-1 -1 0 2 1 10
cout << endl;
//erase
v.erase(v.begin()); //头删
for (auto e : v)
cout << e << " "; //-1 0 2 1 10
cout << endl;
v.erase(v.begin() + 3); //删除下标为3的值
for (auto e : v)
cout << e << " "; //-1 0 2 10
cout << endl;
//删除在该迭代器区间内的元素（左闭右开）
v.erase(v.begin(), v.begin() + 3);//删除下标[0, 3)左闭右开的值
for (auto e : v)
cout << e << " ";//10
}find
这里的find并不是vector的成员函数，这个是算法模块实现。其本质就是在一段左闭右开的迭代器区间去寻找一个值。找到了就返回它的迭代器，找不到就返回它的开区间那个迭代器。
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
v.push_back(3);
v.push_back(4);
//vector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
auto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);//调用find在左闭右开的区间内寻找val
if (pos != v.end())
{
cout << "找到了" << endl;
v.erase(pos);//找到后，把该值删掉
}
else
{
cout << "没有找到" << endl;
}
for (auto e : v)
cout << e << " "; //1 2 4
}sort
sort函数也不是vector的成员函数，这里只是为了对vector创建的数据进行排序。
void test()
{
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(-23);
v.push_back(30);
v.push_back(9);
v.push_back(0);
v.push_back(-90);
//默认sort是升序
sort(v.begin(), v.end());
for (auto e : v)
cout << e << " "; //-90 -23 0 1 9 30
cout << endl;
//要排降序，就要用到仿函数,具体是啥后续详谈
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>());
for (auto e : v)
cout << e << " "; //30 9 1 0 -23 -90
}总结
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