【C++】vector的介紹與使用

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文章目錄

  • 🏆前言
  • 🧑?🎓vector的介紹
  • 🧑?🎓vector的使用
    • ??vector的定義
    • ??vector iterator 的使用
    • ??vector 空間增長問題
    • ??vector 增刪查改
    • ??vector 迭代器失效問題（重點）
    • ??小試牛刀
  • 🏆寫在最后

🏆前言

🌀 前面對STL進行了介紹 【 戳此了解STL】，本章就給大家帶來STL當中的vector~
🌀 vector在C++里也是非常常用的，它相當于C語言當中的數組，但是比數組多了更多實用的操作，數組有的它有，數組沒有的它也有，所以說，學習vector可以使我們能夠更好的對以一個序列(連續)存儲的數據進行操作~
🌀能夠熟練的使用vector，可以很大程度上提高寫算法題的效率，有許多的困難算法題，都需要對一串連續儲存的數據進行操作，這時候vector以及它里面的方法就是個殺手锏了~

使用STL的三個境界：能用，明理，能擴展 ，那么下面學習vector，我們也是按照這個方法去學習👀

🧑?🎓vector的介紹

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vector的文檔介紹
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在C++中，vector是一種動態數組，它提供了對數組的抽象管理，包括動態調整大小、隨機訪問等。vector是C++標準庫中的一部分，它提供了一個高效的、可預測的、可擴展的方式來存儲和訪問一組連續的數據。
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  1. vector是表示可變大小數組的序列容器。
  2. 就像數組一樣，vector也采用的連續存儲空間來存儲元素。也就是意味著可以采用下標對vector的元素進行訪問，和數組一樣高效。但是又不像數組，它的大小是可以動態改變的，而且它的大小會被容器自動處理。
  3. 本質講，vector使用動態分配數組來存儲它的元素。當新元素插入時候，這個數組需要被重新分配大小為了增加存儲空間。其做法是，分配一個新的數組，然后將全部元素移到這個數組。就時間而言，這是一個相對代價高的任務，因為每當一個新的元素加入到容器的時候，vector并不會每次都重新分配大小。
  4. vector分配空間策略：vector會分配一些額外的空間以適應可能的增長，因為存儲空間比實際需要的存儲空間更大。不同的庫采用不同的策略權衡空間的使用和重新分配。但是無論如何，重新分配都應該是對數增長的間隔大小，以至于在末尾插入一個元素的時候是在常數時間的復雜度完成的。
  5. 因此，vector占用了更多的存儲空間，為了獲得管理存儲空間的能力，并且以一種有效的方式動態增長。
  6. 與其它動態序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在訪問元素的時候更加高效，在末尾添加和刪除元素相對高效。對于其它不在末尾的刪除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list統一的迭代器和引用更好。

vector的主要特點包括：

  1. 動態大小：vector的大小是動態的，可以根據需要增加或減少元素。你可以使用push_back()函數添加元素，使用erase()函數刪除元素，或者直接使用resize()函數調整其大小。
  2. 隨機訪問：vector支持隨機訪問，你可以使用索引操作符[]直接訪問任意位置的元素。
  3. 內存管理：vector自動管理其內存。當你向vector添加元素時，它會自動分配足夠的內存以容納新元素。當刪除元素時，它會自動回收相應的內存。
  4. 插入和刪除：vector提供了插入和刪除元素的方法，如push_back()、pop_back()、insert()和erase()等。這些方法可以在指定的位置插入或刪除元素，保持vector的連續性。
  5. 迭代器：vector提供了迭代器，可以遍歷其所有元素。迭代器提供了訪問每個元素的有效方式，并支持向前和向后遍歷。
  6. 高效的隨機訪問：由于vector內部使用連續的內存空間來存儲元素，因此隨機訪問非常高效。在大多數情況下，使用索引訪問vector中的元素比使用迭代器遍歷整個vector更快。
  7. 可修改的容量：你可以使用resize()函數來更改vector的容量。這允許你在運行時根據需要增加或減少存儲空間的大小。
  8. 支持常量引用語義：對于包含常量元素的vector，可以使用常量引用語義來訪問和修改元素。這有助于提高代碼的可讀性和安全性。
  9. 支持異常安全：C++的vector類型在某些操作中提供了異常安全的保證。例如，在執行push_back()或insert()操作時，如果發生異常，vector將保留其原始狀態。這有助于防止在異常情況下破壞數據完整性。

此外，C++的vector是一個模板類【戳此了解模板】，這意味著它可以根據需要為不同的數據類型提供不同的實現。模板是一種C++的編程技術，允許程序員編寫可以處理不同數據類型的通用代碼。通過使用模板，可以創建可重用的組件，從而提高代碼的可重用性和靈活性。

在C++中，vector的模板聲明如下：

template <class T>  
class vector {  // vector implementation details  
};

這里，T是一個模板參數，表示vector可以容納的任意數據類型。當創建vector對象時，需要指定模板參數，即要存儲在vector中的數據類型。例如，要創建一個整數類型的vector，可以這樣聲明：

std::vector<int> myVector;

在這個例子中，int是模板參數，表示vector將容納整數類型的數據。類似的，你也可以使用其他數據類型，如浮點數、字符串等。
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由于vector是一個模板類，它提供了針對不同數據類型的成員函數和操作。例如，push_back()函數可以添加元素到vector的末尾，對于整數、浮點數、字符串等不同類型的vector都適用。類似地，vector也可以提供用于訪問、修改和刪除元素的成員函數，如at(), front(), back(), erase()等。
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通過使用模板，vector提供了一種通用的、可擴展的方式來存儲和操作一組連續的元素。這種靈活性使得vector成為C++標準庫中非常有用的容器之一，適用于各種不同的編程場景。

🧑?🎓vector的使用

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vector學習時一定要學會查看文檔：[vector的文檔介紹]，vector在實際中非常的重要，在實際中我們熟悉常見的接口就可以，下面列出了哪些接口是要重點掌握的。

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??vector的定義

在這里插入圖片描述

int TestVector1()
{// constructors used in the same order as described above:vector<int> first;                                // empty vector of intsvector<int> second(4, 100);                       // four ints with value 100vector<int> third(second.begin(), second.end());  // iterating through secondvector<int> fourth(third);                       // a copy of third// 下面涉及迭代器初始化的部分，我們學習完迭代器再來看這部分// the iterator constructor can also be used to construct from arrays:int myints[] = { 16,2,77,29 };vector<int> fifth(myints, myints + sizeof(myints) / sizeof(int));cout << "The contents of fifth are:";for (vector<int>::iterator it = fifth.begin(); it != fifth.end(); ++it)cout << ' ' << *it;cout << '\n';return 0;
}

??vector iterator 的使用

在這里插入圖片描述

在這里插入圖片描述

void PrintVector(const vector<int>& v)
{// const對象使用const迭代器進行遍歷打印vector<int>::const_iterator it = v.begin();while (it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}

??vector 空間增長問題

在這里插入圖片描述

  • capacity的代碼在vs和g++下分別運行會發現，vs下capacity是按1.5倍增長的，g++是按2倍增長的。這個問題經常會考察，不要固化的認為，vector增容都是2倍，具體增長多少是根據具體的需求定義的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
  • reserve只負責開辟空間，如果確定知道需要用多少空間，reserve可以緩解vector增容的代價缺陷問題。
  • resize在開空間的同時還會進行初始化，影響size。
// 測試vector的默認擴容機制
void TestVectorExpand()
{size_t sz;vector<int> v;sz = v.capacity();cout << "making v grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i) {v.push_back(i);if (sz != v.capacity()) {sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}
vs：運行結果：vs下使用的STL基本是按照1.5倍方式擴容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 3
capacity changed: 4
capacity changed: 6
capacity changed: 9
capacity changed: 13
capacity changed: 19
capacity changed: 28
capacity changed: 42
capacity changed: 63
capacity changed: 94
capacity changed: 141g++運行結果：linux下使用的STL基本是按照2倍方式擴容
making foo grow:
capacity changed: 1
capacity changed: 2
capacity changed: 4
capacity changed: 8
capacity changed: 16
capacity changed: 32
capacity changed: 64
capacity changed: 128----------------------------------------------------------------------------------// 如果已經確定vector中要存儲元素大概個數，可以提前將空間設置足夠
// 就可以避免邊插入邊擴容導致效率低下的問題了
void TestVectorExpandOP()
{vector<int> v;size_t sz = v.capacity();v.reserve(100); // 提前將容量設置好，可以避免一遍插入一遍擴容cout << "making bar grow:\n";for (int i = 0; i < 100; ++i) {v.push_back(i);if (sz != v.capacity()){sz = v.capacity();cout << "capacity changed: " << sz << '\n';}}
}


//  vector的resize 和 reserve

// reisze(size_t n, const T& data = T())
// 將有效元素個數設置為n個，如果時增多時，增多的元素使用data進行填充
// 注意：resize在增多元素個數時可能會擴容
void TestVector3()
{vector<int> v;// set some initial content:for (int i = 1; i < 10; i++)v.push_back(i);v.resize(5);v.resize(8, 100);v.resize(12);cout << "v contains:";for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)cout << ' ' << v[i];cout << endl;
}

??vector 增刪查改

在這里插入圖片描述

// 尾插和尾刪：push_back/pop_back
void TestVector4()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);auto it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;v.pop_back();v.pop_back();it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}// 任意位置插入：insert和erase，以及查找find
// 注意find不是vector自身提供的方法，是STL提供的算法
void TestVector5()
{// 使用列表方式初始化，C++11新語法vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 在指定位置前插入值為val的元素，比如：3之前插入30,如果沒有則不插入// 1. 先使用find查找3所在位置// 注意：vector沒有提供find方法，如果要查找只能使用STL提供的全局findauto pos = find(v.begin(), v.end(), 3);if (pos != v.end()){// 2. 在pos位置之前插入30v.insert(pos, 30);}vector<int>::iterator it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 刪除pos位置的數據v.erase(pos);it = v.begin();while (it != v.end()) {cout << *it << " ";++it;}cout << endl;
}/   遍歷方式// operator[]+index 和 C++11中vector的新式for+auto的遍歷
// vector使用這兩種遍歷方式是比較便捷的。
void TestVector6()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };// 通過[]讀寫第0個位置。v[0] = 10;cout << v[0] << endl;// 1. 使用for+[]小標方式遍歷for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;vector<int> swapv;swapv.swap(v);cout << "v data:";for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;// 2. 使用迭代器遍歷cout << "swapv data:";auto it = swapv.begin();while (it != swapv.end()){cout << *it << " ";++it;}// 3. 使用范圍for遍歷for (auto x : v)cout << x << " ";cout << endl;
}

??vector 迭代器失效問題（重點）

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迭代器的主要作用就是讓算法能夠不用關心底層數據結構，其底層實際就是一個指針，或者是對指針進行了封裝，比如：vector的迭代器就是原生態指針T * 。因此迭代器失效，實際就是迭代器底層對應指針所指向的空間被銷毀了，而使用一塊已經被釋放的空間，造成的后果是程序崩潰(即如果繼續使用已經失效的迭代器，程序可能會崩潰)。
?
對于vector可能會導致其迭代器失效的操作有：

  1. 會引起其底層空間改變的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等。
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();// 將有效元素個數增加到100個，多出的位置使用8填充，操作期間底層會擴容// v.resize(100, 8);// reserve的作用就是改變擴容大小但不改變有效元素個數，操作期間可能會引起底層容量改變// v.reserve(100);// 插入元素期間，可能會引起擴容，而導致原空間被釋放// v.insert(v.begin(), 0);// v.push_back(8);// 給vector重新賦值，可能會引起底層容量改變v.assign(100, 8);/*出錯原因：以上操作，都有可能會導致vector擴容，也就是說vector底層原理舊空間被釋放掉，而在打印時，it還使用的是釋放之間的舊空間，在對it迭代器操作時，實際操作的是一塊已經被釋放的空間，而引起代碼運行時崩潰。解決方式：在以上操作完成之后，如果想要繼續通過迭代器操作vector中的元素，只需給it重新賦值即可。*/while(it != v.end()){cout<< *it << " " ;++it;}cout<<endl;return 0;
}
  1. 指定位置元素的刪除操作–erase
#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main()
{int a[] = { 1, 2, 3, 4 };vector<int> v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));// 使用find查找3所在位置的iteratorvector<int>::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);// 刪除pos位置的數據，導致pos迭代器失效。v.erase(pos);cout << *pos << endl; // 此處會導致非法訪問return 0;
}

erase刪除pos位置元素后，pos位置之后的元素會往前搬移，沒有導致底層空間的改變，理論上講迭代器不應該會失效，但是：如果pos剛好是最后一個元素，刪完之后pos剛好是end的位置，而end位置是沒有元素的，那么pos就失效了。因此刪除vector中任意位置上元素時，vs就認為該位置迭代器失效了。

思考：以下代碼的功能是刪除vector中所有的偶數，請問那個代碼是正確的，為什么？

#include <iostream>
using namespace std;
#include <vector>int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}return 0;
}==========================================================================================================int main()
{vector<int> v{ 1, 2, 3, 4 };auto it = v.begin();while (it != v.end()){if (*it % 2 == 0)it = v.erase(it);else++it;}return 0;
}
  1. 注意：Linux下，g++編譯器對迭代器失效的檢測并不是非常嚴格，處理也沒有vs下極端。
// 1. 擴容之后，迭代器已經失效了，程序雖然可以運行，但是運行結果已經不對了
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};for(size_t i = 0; i < v.size(); ++i)cout << v[i] << " ";cout << endl;auto it = v.begin();cout << "擴容之前，vector的容量為: " << v.capacity() << endl;// 通過reserve將底層空間設置為100，目的是為了讓vector的迭代器失效 v.reserve(100);cout << "擴容之后，vector的容量為: " << v.capacity() << endl;// 經過上述reserve之后，it迭代器肯定會失效，在vs下程序就直接崩潰了，但是linux下不會// 雖然可能運行，但是輸出的結果是不對的while(it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}程序輸出：
1 2 3 4 5
擴容之前，vector的容量為: 5
擴容之后，vector的容量為: 100
0 2 3 4 5 409 1 2 3 4 5// 2. erase刪除任意位置代碼后，linux下迭代器并沒有失效
// 因為空間還是原來的空間，后序元素往前搬移了，it的位置還是有效的
#include <vector>
#include <algorithm>int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};vector<int>::iterator it = find(v.begin(), v.end(), 3);v.erase(it);cout << *it << endl;while(it != v.end()){cout << *it << " ";++it;}cout << endl;return 0;
}
程序可以正常運行，并打印：
4
4 5// 3: erase刪除的迭代器如果是最后一個元素，刪除之后it已經超過end
// 此時迭代器是無效的，++it導致程序崩潰
int main()
{vector<int> v{1,2,3,4,5};// vector<int> v{1,2,3,4,5,6};auto it = v.begin();while(it != v.end()){if(*it % 2 == 0)v.erase(it);++it;}for(auto e : v)cout << e << " ";cout << endl;return 0;
}========================================================
// 使用第一組數據時，程序可以運行
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[sly@VM-0-3-centos 20220114]$ ./a.out
1 3 5
=========================================================
// 使用第二組數據時，程序最終會崩潰
[=============linux=========]$ vim testVector.cpp
[=============linux=========]$ g++ testVector.cpp -std=c++11
[=============linux=========]$ ./a.out
Segmentation fault

從上述三個例子中可以看到：SGI STL中，迭代器失效后，代碼并不一定會崩潰，但是運行結果肯定不對，如果it不在begin和end范圍內，肯定會崩潰的。

4. 與vector類似，string在插入+擴容操作+erase之后，迭代器也會失效

#include <string>
void TestString()
{string s("hello");auto it = s.begin();// 放開之后代碼會崩潰，因為resize到20會string會進行擴容// 擴容之后，it指向之前舊空間已經被釋放了，該迭代器就失效了// 后序打印時，再訪問it指向的空間程序就會崩潰//s.resize(20, '!');while (it != s.end()){cout << *it;++it;}cout << endl;it = s.begin();while (it != s.end()){it = s.erase(it);// 按照下面方式寫，運行時程序會崩潰，因為erase(it)之后// it位置的迭代器就失效了// s.erase(it); ++it;}
}

迭代器失效解決辦法：在使用前，對迭代器重新賦值即可。

??小試牛刀

😊楊輝三角
😊只出現一次的數字
😊刪除有序數組中的重復項
😊只出現一次的數字 II
😊只出現一次的數字 III
😊數組中出現次數超過一半的數字
😊電話號碼的字母組合

🏆寫在最后

💝本章主要是給大家介紹vector~ 在C++中，vector是一個非常重要的數據結構。它具有動態大小、隨機訪問、內存管理、插入和刪除、迭代器等優點。它是一種通用的、可擴展的容器，適用于各種不同的編程場景。學習和掌握vector的使用對于編寫高效的C++程序非常重要。因此，大家可要好好敲噢~😊

???🔥后續將會繼續輸出有關C++的文章，你們的支持就是我寫作的最大動力！

感謝閱讀本小白的博客，錯誤的地方請嚴厲指出噢~

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目錄 一、前言 二、hive執行計劃 2.1 hive explain簡介 2.1.1 語法格式 2.1.2 查詢計劃階段說明 2.2 操作演示 2.2.1 不加條件的查詢計劃分析 2.2.2 帶條件的查詢計劃分析 三、MapReduce屬性優化 3.1 本地模式 3.1.1 本地模式參數設置 3.1.2 本地模式操作演示 3.2 …
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每日一題：LeetCode-589.N叉樹的前序遍歷

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每日一題系列&#xff08;day 01&#xff09; 前言&#xff1a; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f308; &#x1f50e…
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package.json 依賴版本中的符號含義

package.json 依賴版本中的符號含義

依賴包的版本問題 實例說明~1.2.3主版本次要版本補丁版本;1.2.3 < version < 1.3.0;~1.2主版本次要版本;1.2.0 < version < 1.3.0~1主版本;1.0.0 < version < 2.0.0 符號實例版本范圍說明1.0.01.0.0鎖定1.0.0版本&#xff0c;必須這個版本。^會匹配最新的大…
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7種SQL的進階用法

7種SQL的進階用法

1.自定義排序&#xff08;ORDER BY FIELD&#xff09; 在MySQL中ORDER BY排序除了可以用ASC和DESC之外&#xff0c;還可以使用自定義排序方式來實現。 CREATE TABLE movies ( id INT PRIMARY KEY AUTO_INCREMENT, movie_name VARCHAR(255), actors VARCHAR(255), price DEC…
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基于鵜鶘算法優化概率神經網絡PNN的分類預測 - 附代碼

基于鵜鶘算法優化概率神經網絡PNN的分類預測 - 附代碼

基于鵜鶘算法優化概率神經網絡PNN的分類預測 - 附代碼 文章目錄 基于鵜鶘算法優化概率神經網絡PNN的分類預測 - 附代碼1.PNN網絡概述2.變壓器故障診街系統相關背景2.1 模型建立 3.基于鵜鶘優化的PNN網絡5.測試結果6.參考文獻7.Matlab代碼 摘要&#xff1a;針對PNN神經網絡的光滑…
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