一、C++ 中的 vector：動態數組的核心特性

1. 基本概念
vector 是 C++ 標準模板庫（STL）中的動態數組容器，支持自動擴容、高效元素訪問和豐富的操作接口。其核心特性包括：

• 動態內存管理：自動調整容量，避免手動管理內存。
• 連續存儲：元素在內存中連續存放，支持隨機訪問（時間復雜度 O(1)）。
• 類型安全：通過模板實現，支持任意數據類型。

2. 核心操作

• 初始化與遍歷

  #include <vector>
  std::vector<int> vec = {1, 2, 3}; // 初始化
  for (int num : vec) { /* 范圍循環 */ }
  

• 插入與刪除

  vec.push_back(4);    // 尾部插入
  vec.pop_back();      // 尾部刪除
  vec.insert(vec.begin() + 1, 5); // 中間插入
  vec.erase(vec.begin());         // 中間刪除
  

• 容量管理

  vec.reserve(100);    // 預分配容量
  vec.shrink_to_fit(); // 釋放多余內存
  

3. 性能優化

• 擴容策略：默認容量翻倍增長，可通過 reserve 減少擴容次數。
• 移動語義（C++11+）：避免深拷貝，提升對象傳遞效率。

4. 適用場景

• 需要動態調整大小的數組（如讀取未知數量數據）。
• 高頻隨機訪問元素的場景（如排序、查找）。

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二、C 語言實現動態數組（仿 vector）

1. 結構設計
通過結構體封裝動態數組的核心參數：

typedef struct {void* data;         // 數據指針size_t size;        // 當前元素數量size_t capacity;    // 分配的總容量size_t elem_size;   // 單個元素大小（字節）
} Vector;

2. 核心功能實現

• 初始化與銷毀

  Vector vector_init(size_t elem_size, size_t capacity) {Vector vec;vec.elem_size = elem_size;vec.capacity = (capacity > 0) ? capacity : 1;vec.data = malloc(vec.capacity * elem_size);return vec;
  }void vector_destroy(Vector* vec) {free(vec->data);vec->data = NULL;
  }
  

• 動態擴容

  void vector_resize(Vector* vec, size_t new_capacity) {void* new_data = realloc(vec->data, new_capacity * vec->elem_size);vec->data = new_data;vec->capacity = new_capacity;
  }
  

• 元素操作

  void vector_push_back(Vector* vec, const void* value) {if (vec->size >= vec->capacity) {vector_resize(vec, vec->capacity * 2); // 容量翻倍}memcpy((char*)vec->data + vec->size * vec->elem_size, value, vec->elem_size);vec->size++;
  }void* vector_at(Vector* vec, size_t index) {return (char*)vec->data + index * vec->elem_size;
  }
  

3. 使用示例

int main() {Vector vec = vector_init(sizeof(int), 2);int a = 10, b = 20;vector_push_back(&vec, &a);vector_push_back(&vec, &b);printf("%d", *(int*)vector_at(&vec, 1)); // 輸出 20vector_destroy(&vec);return 0;
}

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三、C++ vector 與 C 實現的對比

特性	C++ vector	C 實現
內存管理	自動擴容與釋放（RAII）	需手動調用 resize 和 destroy
類型安全	模板支持，編譯時類型檢查	依賴 void*，需手動類型轉換
功能擴展	支持迭代器、STL 算法	需自行實現排序、查找等功能
性能優化	移動語義、預分配策略	需手動優化內存對齊或批量操作
異常處理	拋出 std::out_of_range 等異常	直接終止程序或返回錯誤碼

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四、開發建議

1. C++ 場景

   • 優先使用 vector，避免重復造輪子。
   • 結合 reserve 和 emplace_back 提升性能。

2. C 語言場景

   • 封裝內存操作函數（如 vector_push_bulk）減少冗余代碼。
   • 添加邊界檢查宏增強安全性：

     #define VECTOR_SAFE_ACCESS(vec, index) \((index < vec.size) ? vector_at(&vec, index) : NULL)
     

3. 跨語言協作

   • 在混合編程時，可通過 C 動態數組傳遞數據，再由 C++ 封裝為 vector。

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五、總結

C++ 的 vector 通過模板和標準庫支持，提供了高效便捷的動態數組操作；而 C 語言需手動實現類似功能，雖靈活性高，但開發成本較大。理解兩者的底層機制，有助于在不同場景下合理選擇數據結構，優化程序性能與可維護性。