C++ vector,STL vector(可变长的动态数组)详解

vector 是顺序容器的一种。vector 是可变长的动态数组,支持随机访问迭代器,所有 STL 算法都能对 vector 进行操作。要使用 vector,需要包含头文件 vector。

在 vector 容器中,根据下标随机访问某个元素的时间是常数,在尾部添加一个元素的时间大多数情况下也是常数,总体来说速度很快。

在中间插入或删除元素时,因为要移动多个元素,因此速度较慢,平均花费的时间和容器中的元素个数成正比。

在 vector 容器中,用一个动态分配的数组来存放元素,因此根据下标访问某个元素的时间是固定的,与元素个数无关。

vector 容器在实现时,动态分配的存储空间一般都大于存放元素所需的空间。例如,哪怕容器中只有一个元素,也会分配 32 个元素的存储空间。这样做的好处是,在尾部添加一个新元素时不必重新分配空间,直接将新元素写入适当位置即可。在这种情况下,添加新元素的时间也是常数。

但是,如果不断添加新元素,多出来的空间就会用完,此时再添加新元素,就不得不重新分配内存空间,把原有内容复制过去后再添加新的元素。碰到这种情况,添加新元素所花的时间就不是常数,而是和数组中的元素个数成正比。

至于在中间插入或删除元素,必然涉及元素的移动,因此时间不是固定的,而是和元素个数有关。

vector 有很多成员函数,常用的如表 1 所示。

表1:vector中常用的成员函数
成员函数 作 用
vector() 无参构造函数,将容器初始化为空
vector(int n) 将容器初始化为有 n 个元素
vector(int n, const T & val) 假定元素的类型是 T,此构造函数将容器初始化为有 n 个元素,每 个元素的值都是 val
vector(iterator first, iterator last) first 和 last 可以是其他容器的迭代器。一般来说,本构造函数初始化的结果就是将 vector 容器的内容变成与其他容器上的区间 [first, last) —致
void clear() 删除所有元素
bool empty() 判断容器是否为空
void pop_back() 删除容器末尾的元素
void push_back( const T & val) 将 val 添加到容器末尾
int size() 返回容器中元素的个数
T & front() 返回容器中第一个元素的引用
T & back() 返回容器中最后一个元素的引用
iterator insert(iterator i, const T & val) 将 val 插入迭代器 i 指向的位置,返回 i
iterator insert( iterator i, iterator first, iterator last) 将其他容器上的区间 [first, last) 中的元素插入迭代器 i 指向的位置
iterator erase(iterator i) 删除迭代器 i 指向的元素,返回值是被删元素后面的元素的迭代器
iterator erase(iterator first, iterator last) 删除容器中的区间 [first, last)
void swap( vector <T> & v) 将容器自身的内容和另一个同类型的容器 v 互换

下面的程序演示了 vector 的基本用法。
#include <iostream>
#include <vector>  //使用vector需要包含此头文件
using namespace std;
template <class T>
void PrintVector(const vector <T> & v)
{  //用于输出vector容器的全部元素的函数模板
    typename vector <T>::const_iterator i;
    //typename 用来说明 vector <T>::const_iterator 是一个类型,在 Visual Studio 中不写也可以
    for (i = v.begin(); i != v.end(); ++i)
        cout << *i << " ";
    cout << endl;
}
int main()
{
    int a[5] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
    vector <int> v(a, a + 5);  //将数组a的内容放入v
    cout << "1) " << v.end() - v.begin() << endl;  //两个随机迭代器可以相减,输出:1)5
    cout << "2)"; PrintVector(v);  //输出:2)1 2 3 4 5
    v.insert(v.begin() + 2, 13);  //在 begin()+2 位置插人 13
    cout << "3)"; PrintVector(v);  //输出:3)1 2 13 3 4 5
    v.erase(v.begin() + 2);  //删除位于 begin()+2 位置的元素
    cout << "4)"; PrintVector(v);  //输出:4)1 2 3 4 5
    vector<int> v2(4, 100);  //v2 有 4 个元素,都是 100
    v2.insert(v2.begin(), v.begin() + 1, v.begin() + 3);  //将v的一段插入v2开头
    cout << "5)v2:"; PrintVector(v2);  //输出:5)v2:2 3 100 100 100 100
    v.erase(v.begin() + 1, v.begin() + 3);  //删除 v 上的一个区间,即 [2,3)
    cout << "6)"; PrintVector(v);  //输出:6)1 4 5
    return 0;
}
思考题:程序中的 PrintVector 模板演示了将容器的引用作为函数参数的用法。就完成输出整个容器内容这个功能来说,写成 PrintVector 模板这样是比较笨拙的,该模板的适用范围太窄。有没有更好的写法?

vector 还可以嵌套以形成可变长的二维数组。例如:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{   
    vector<vector<int> > v(3); //v有3个元素,每个元素都是vector<int> 容器
    for(int i = 0;i < v.size(); ++i)
        for(int j = 0; j < 4; ++j)
            v[i].push_back(j);
    for(int i = 0;i < v.size(); ++i) {
        for(int j = 0; j < v[i].size(); ++j)
            cout << v[i][j] << " ";
        cout << endl;
    }
    return 0;
}
程序的输出结果是:
0 1 2 3
0 1 2 3
0 1 2 3

vector< vector<int> > v(3);定义了一个 vector 容器,该容器中的每个元素都是一个 vector <int> 容器。即可以认为,v 是一个二维数组,一共 3 行,每行都是一个可变长的一维数组。

在 Dev C++ 中,上面写法中 int 后面的两个>之间需要有空格,否则有的编译器会把它们当作>>运算符,编译会出错。

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