C++ STL 序列性容器之 std::vector 容器

时间：2021-11-02 04:24:45

    vector，一种随机访问的数组类型，它提供了对数组元素的快速、随机访问，以及在序列尾部快速、随机的插入和删除操作。当然，它也支持在序列中的其他地方插入和删除元素，但是这时效率会有所降低，这是因为 vector 对象必须移动对象位置以容纳新的元素或要收回被删除元素的空间。此外，由于所有元素占用连续空间，所以一旦进行插入或删除动作，有可能使原本的某些 iterators 失效。

     请看下面 vector 容器定义：

template<class T, class A = allocator<T> >    
class vector 
{
public:
    //定义内存分配器类型 A 的别名
typedef A allocator_type;   

//定义内存分配器 A 大小的别名, 可以代表容器的长度的类型, uint
typedef A::size_type size_type;

//代表两个不同的元素之前地址差异的类型, int
typedef A::difference_type difference_type;

//T的引用类型
typedef A::reference reference;

//T的常量引用类型
typedef A::const_reference const_reference;

//对象类型T, 存储在 vector 容器中
typedef A::value_type value_type;    

//定义访问 vector 的迭代器类型
typedef T0 iterator; 

//定义访问 vector 的常量迭代器类型
typedef T1 const_iterator; 

//定义访问 vector 的反向迭代器类型
typedef reverse_iterator<iterator, value_type, reference, A::pointer, difference_type> reverse_iterator;

//定义访问 vector 的常量反向迭代器类型
typedef reverse_iterator<const_iterator, value_type, const_reference, A::const_pointer, difference_type> const_reverse_iterator; 

//默认构造函数, A为内存分配器
explicit vector(const A& al = A());

//构造函数, 构造 n 个值为 x 的元素
explicit vector(size_type n, const T& v = T(), const A& al = A());

//拷贝构造函数
vector(const vector& x);

//构造函数, 范围为 [first, last)
    vector(const_iterator first, const_iterator last, const A& al = A());

//预留元素最大容量数量为 n, 确保 capacity() 返回值为 n
void reserve(size_type n);

//返回当前所能容纳的最多元素个数
size_type capacity() const;

//返回 vector 的头指针
iterator begin();

//返回 vector 的常量头指针
const_iterator begin() const;

//返回 vector 的尾指针
iterator end();

//返回 vector 的尾指针
iterator end() const;

//返回反向迭代器引用, 它指向 vector 的尾部
reverse_iterator rbegin();

//返回反向迭代器常量引用, 它指向 vector 的尾部
    const_reverse_iterator rbegin() const;

//返回反向迭代器引用, 它指向 vector 第一个元素
reverse_iterator rend();

//返回反向迭代器常量引用, 它指向 vector 第一个元素
    const_reverse_iterator rend() const;

//重新设置元素个数为 n, 确保 size() 返回值为 n 
void resize(size_type n, T x = T());

//返回 vector 元素数量
    size_type size() const;

//返回最大可允许的 vector 元素数量值
size_type max_size() const;

//判断 vector 是否为空
    bool empty() const;

//返回保护成员, 内存分配器
A get_allocator() const;

//返回位置在 pos 的元素的引用
reference at(size_type pos);

//返回位置在 pos 的元素的常量引用
const_reference at(size_type pos) const;

//重载 [], 返回位置在 pos 的元素的引用
reference operator[](size_type pos);

//重载 [], 返回位置在 pos 的元素的常量引用
    const_reference operator[](size_type pos); 

//返回第一个元素的引用
reference front();

//返回第一个元素的常量引用
    const_reference front() const;

//返回最后一个元素的引用
reference back();

//返回最后一个元素的常量引用
const_reference back() const;    

//在 vector 的尾部插入一个元素 x
void push_back(const T& x);

//删除最后一个元素
void pop_back();

//清空 vector 以前的内容, 并重新将范围为 [first, last) 的元素赋值给容器
void assign(const_iterator first, const_iterator last);

//清空 vector 以前的内容, 并重新将 n 个 x 赋值给 vector
void assign(size_type n, const T& x = T());

//在位置 it 前插入 x
iterator insert(iterator it, const T& x = T());

//在位置 it 前插入 n 个 x
    void insert(iterator it, size_type n, const T& x);

//在位置 it 前插入范围为 [first, last) 的元素
    void insert(iterator it, const_iterator first, const_iterator last);    

//删除位置在 it 的元素
iterator erase(iterator it);

//删除在 [first, last) 范围内的元素
    iterator erase(iterator first, iterator last);

//删除所有元素
void clear(); 

//交换两个 vector 的元素
    void swap(vector& x);

protected:
//内存分配器, 允许你自定义一个内存分配器. 如果不自定义, 就用默认的
//对内存分配会有特别的要求, 这时候就要自定一个分配器
A allocator;    
};

   

     vector 容器将其元素置于一个 dynamic array 中加以管理。它允许随机存取，也就是说可以利用对于的索引直接存取每一个元素。在 array 尾部附加或删除元素均非常的快速，但是在 array 的中间或者头部插入元素就比较费时，因为为了保持原来的相对次序，新元素插入之后的原来的所有元素都必须移动，挪出位子来。


(1)vector 容器的初始化

#include <string>
#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
//定义并初始化
std::vector<std::string> vec;
vec.push_back("Element 0");
vec.push_back("Element 1");
vec.push_back("Element 2");

std::vector<std::string>::iterator iter;
for (iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++)
{
std::cout << *iter << std::endl;
}
}
#include <string>#include <vector>#include <iostream>int main(){//定义并初始化std::vector<size_t> vec;vec.resize(4);for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++){vec[i] = i;}std::vector<size_t>::iterator iter;for (iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++){std::cout << *iter << std::endl;}}

(2) vector容器size()、max_size()、capacity()方法的使用：

#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>

int main(int argc, char* argv[])
{
std::vector<std::string> vec;

//压入一个元素
vec.push_back("Element 1");
//.size(): 当前元素的个数
std::cout << "size() = " << vec.size() << std::endl;         //Output:1
//.max_size: 序列可控对象的个数, 允许开辟元素最大数量
std::cout << "max_size() = " << vec.max_size() << std::endl; //Output:134217727
//当前 vector 容器的开辟的内存, 容纳元素的容量
std::cout << "capacity() = " << vec.capacity() << std::endl; //OutPut:1

//预留, 也就是重新开辟内存的容量, 新开辟的内存为空, 其中没有放置新元素
vec.reserve(1000);
std::cout << "size() = " << vec.size() << std::endl;         //Output:1
std::cout << "max_size() = " << vec.max_size() << std::endl; //Output:134217727
std::cout << "capacity() = " << vec.capacity() << std::endl; //Output:1000

//重新调整元素数量; 它不仅开辟了内存, 而且放置了空的新元素
vec.resize(2000);
std::cout << "size() = " << vec.size() << std::endl;         //Output:2000
std::cout << "max_size() = " << vec.max_size() << std::endl; //Output:134217727
std::cout << "capacity() = " << vec.capacity() << std::endl; //Output:2000

return 0;
}

(3) 判断容器是否为空： 

vec.empty();  //判断容器是否为空

(4) 循环遍历成员 

std::vector<std::string>::iterator iter;
for (iter = vec.begin(); iter != vec.end(); iter++)
{
std::cout << *iter << std::endl;
}

(5) 使用迭代器和简单算法： 

#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>
#include <algorithm>

void std_print(int text)
{
std::cout << text << std::endl;
}

bool IsPass(int score)
{
return score > 60 ? true : false; 
}

class CIsPass
{
public:
bool operator() (int score)
{
return score > 60 ? true : false;
}
};

int main(int argc, char* argv[])
{
std::vector<int> vec;
vec.push_back(100);
vec.push_back(90);
vec.push_back(80);
vec.pop_back();       //弹出尾部最后的一个元素
vec.push_back(100); //vector 容易允许出现相同内容的元素

//for_each 算法: 循环, 每个元素都需要执行 std_print 函数
std::for_each (vec.begin(), vec.end(), std_print);

//count 算法: 统计迭代器[first, last)内相同元素的个数
std::cout << std::count(vec.begin(), vec.end(), 100) << std::endl;

//count_if 算法: 统计迭代器[first, last)内, 使用函数 IsPass 后返回1(true)的元素个数
//注意: count_if 统计的是函数返回值的真值的个数
std::cout << std::count_if(vec.begin(), vec.end(), CIsPass()) << std::endl;
std::cout << std::count_if(vec.begin(), vec.end(), IsPass) << std::endl;
return 0;
}


(6)vector中使用find/ find_if/ search算法：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

bool IsPass(int score)
{
return score >= 60 ? true : false;
}

bool average(int x, int y)
{
return (y == x / 2) ? true : false;
}

int main()
{
std::vector<int> vec;
vec.push_back(80);
vec.push_back(20);
vec.push_back(90);

std::vector<int>::iterator iter;

//find 算法, 主要是搜索针对单个元素
iter = std::find(vec.begin(), vec.end(), 20);
if (vec.end() == iter)
{
std::cout << "can't find it." << std::endl;
}
else
{
std::cout << "find it." << std::endl;//Output
}

//find_if 算法: 查找符合函数 IsPass() 要求的结果, 主要是搜索针对单个元素
iter = std::find_if(vec.begin(), vec.end(), IsPass);
if (vec.end() == iter)
{
std::cout << "can't find it." << std::endl;
}
else
{
std::cout << "find it." << std::endl;//Output
}

std::vector<int> desc;
desc.push_back(10);
desc.push_back(45);

//search 算法: 搜索整个容器, 主要是针对整个容器
iter = std::search(vec.begin(), vec.end(), desc.begin(), desc.end());
if (vec.end() == iter)
{
std::cout << "can't find it." << std::endl;//Output
}
else
{
std::cout << "find it." << std::endl;
}
//search 算法: 搜索整个容器, 将容器 vec 使用函数 average 换算, 并确认是否能搜索到目标容器, 主要是针对整个容器
//注意, 函数 average 必须带两个参数, 分别对应两个容器内的元素
iter = std::search(vec.begin(), vec.end(), desc.begin(), desc.end(), average);
if (vec.end() == iter)
{
std::cout << "can't find it." << std::endl;
}
else
{
std::cout << "find it." << std::endl;//Output
}

return 0;
}

(7)vector中使用排序算法： 

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

void std_print(const std::string& str)
{
std::cout << str.c_str() << std::endl;
}

int main()
{
std::vector<std::string> vec;
vec.push_back("John");
vec.push_back("Bill");
vec.push_back("Tony");
vec.push_back("Fidel");
vec.push_back("Nelson");
std::cout << "the unsorted vector: " << std::endl;
for_each(vec.begin(), vec.end(), std_print);

std::cout << "the sorted vector: " << std::endl;
//排序, 也可以自己写算法
std::sort(vec.begin(), vec.end());
for_each(vec.begin(), vec.end(), std_print);

return 0;
}


(8) vector 元素增加：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

int main()
{
std::vector<int> vec;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
vec.push_back(i);   //{0, 1, 2, ..., 9}
}
//头部插入元素
vec.insert(vec.begin(), -1);
//尾部插入元素
vec.insert(vec.end(), 10);

int int_array[2] = {11, 12};
//头部插入2个元素, 注意迭代器的范围是: [&int_array[0], &int_array[2]）
vec.insert(vec.begin(), &int_array[0],  &int_array[2]);
return 0;
}


(9) vector 元素删除：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

int main()
{
std::vector<int> vec;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
vec.push_back(i);   //{0, 1, 2, ..., 9}
}

//弹出最后一个元素, 改变容器的size()大小
vec.pop_back();         //{0, 1, 2, ..., 8}
//移除迭代器所指的元素, 也就是第一个元素, 改变容器的size()大小
vec.erase(vec.begin()); //{1, 2, ..., 8}
//移除迭代器所指范围内[vec.begin(), vec.begin() + 5)的所有元素
vec.erase(vec.begin(), vec.begin() + 5);
//移除容器内所有元素, 它实际调用的是 erase(vec.begin(), vec.end())
vec.clear();

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
vec.push_back(i);   //{0, 1, 2, ..., 9}
}
//移除匹配元素值的元素, 并在容器的末尾追加一个元素, 其最后追加的元素与前一元素一致
//remove 算法, 它不改变容器的大小
std::remove(vec.begin(), vec.end(), 0); //{1, 2, ..., 8, 9, 9}
std::remove(vec.begin(), vec.end(), 1); //{2, 3, ..., 9, 9, 9}

return 0;
}

(10) vector 对象交换：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
#include <string>

int main()
{
std::vector<int> vec1, vec2;
for (int i = 0; i < 5; i++)
{
vec1.push_back(i);   //vec1 = {0, 1, 2, 3, 4}
}
for (int i = 5; i < 9; i++)
{
vec2.push_back(i);   //vec2 = {5, 6, 7, 8}
}
//两个容器内的元素完全交换
std::swap(vec1, vec2);   //vec1 = {5, 6, 7, 8}; vec2 = {0, 1, 2, 3, 4}
return 0;
}

    至此，vector 容器的使用基本上已总结完毕，最后回顾下：vector，一种随机访问的数组类型，它提供了对数组元素的快速、随机访问，以及在 序列尾部快速、随机的插入和删除操作。当然，它也支持在序列中的其他地方插入和删除元素，但是这时效率会有所降低，这是因为 vector 对象必须移动对象位置以容纳新的元素或要收回被删除元素的空间。如果是需要在 尾部插入或删除操作，可以考虑使用此容器。

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