在C++的標準模板庫（STL）中，vector是一個非常有用的動態數組容器。它允許我們存儲可變大小的同類型元素序列，并且能夠動態地增長和縮小。由于其靈活性和易用性，vector在C++編程中得到了廣泛的應用。
一、vector的基本操作
1. 包含頭文件
要使用vector，首先需要包含相應的頭文件：
#include <vector>
2. 創建vector對象
創建一個空的int類型的vector：
std::vector<int> v;
創建一個包含10個整數的vector，并初始化為0：
std::vector<int> v(10, 0);
3. 添加元素
使用push_back()函數向vector的末尾添加一個元素：
v.push_back(1);
v.push_back(2);
4. 訪問元素
使用下標運算符[]來訪問vector中的元素：
int first_element = v[0]; // 訪問第一個元素
v[1] = 3; // 修改第二個元素的值為3
5. 刪除元素
使用erase()函數刪除指定位置的元素：
v.erase(v.begin() + 1); // 刪除第二個元素
6. 遍歷元素
使用迭代器或范圍for循環遍歷vector中的元素：
// 使用迭代器遍歷
for (std::vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;// 使用范圍for循環遍歷
for (const auto& element : v) {std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;
7. 獲取vector的大小和容量
使用size()函數獲取vector中元素的數量，使用capacity()函數獲取vector當前分配的內存空間能夠容納的元素數量：
std::cout << "Size: " << v.size() << std::endl;
std::cout << "Capacity: " << v.capacity() << std::endl;
二、vector的特點和優勢
- 動態擴展：當向
vector中添加元素時，如果當前分配的內存空間不足以容納新元素，vector會自動重新分配更大的內存空間，并復制或移動原有元素到新的內存空間。這個過程對用戶是透明的，無需手動管理內存。 - 連續存儲：
vector中的元素在內存中是連續存儲的，這使得訪問和操作元素非常高效。同時，連續存儲也方便了元素的遍歷和查找。 - 類型安全：
vector是模板類，可以存儲任意類型的元素（包括基本數據類型、自定義類型等），并且保證了類型安全。在編譯時會檢查元素的類型，避免了運行時類型錯誤的風險。 - 易于使用：
vector提供了豐富的成員函數和操作符重載，使得對容器的操作更加直觀和方便。例如，可以使用==運算符比較兩個vector是否相等，使用+=運算符向vector中添加元素等。
三、示例代碼
下面是一個簡單的示例代碼，演示了如何使用vector進行基本的操作：
#include <iostream>
#include <vector>int main() {// 創建一個空的int類型的vectorstd::vector<int> v;// 向vector中添加元素v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);// 訪問和修改元素std::cout << "First element: " << v[0] << std::endl; // 輸出：First element: 1v[1] = 4; // 修改第二個元素的值為4// 遍歷元素并輸出std::cout << "Elements in vector: ";for (const auto& element : v) {std::cout << element << " ";}std::cout << std::endl; // 輸出：Elements in vector: 1 4 3 // 刪除第二個元素（現在的值為4的元素）v.erase(v.begin() + 1);// 再次遍歷元素并輸出std::cout << "Elements after deletion: ";for (const auto& element : v) {std::cout << element << " ";}std::cout << std::endl; // 輸出：Elements after deletion: 1 3 return 0;
}
四、vector的性能考慮
雖然vector提供了很多便利，但在某些情況下，其性能可能并不是最優的。這主要源于vector在動態擴展時可能涉及大量的內存分配和數據復制。以下是一些使用vector時需要考慮的性能因素：
-
內存分配和復制：當
vector需要增長時，它通常會分配一個更大的內存塊，并將舊元素復制到新位置。這個過程可能很耗時，特別是對于大型vector。因此，如果你知道將要存儲的元素數量，最好提前使用reserve()函數預留足夠的空間。 -
連續內存訪問：由于
vector的元素在內存中是連續存儲的，因此訪問它們的性能通常很好。然而，插入或刪除元素（特別是在vector的中間）可能會導致大量元素的移動，從而影響性能。在這種情況下，使用其他數據結構（如list或deque）可能更為合適。 -
緩存友好性：由于
vector的元素是連續存儲的，因此它們更容易被CPU緩存，從而提高訪問速度。但是，當vector變得非常大時，它可能無法完全適應緩存，導致性能下降。
五、高級用法和注意事項
1. 使用emplace_back()避免不必要的復制或移動：
當你想在vector的末尾添加一個元素時，如果元素類型是一個復雜的對象，使用emplace_back()而不是push_back()可以避免不必要的復制或移動操作。emplace_back()允許你在容器內直接構造元素，而無需先創建一個臨時對象再將其復制或移動到容器中。
std::vector<std::string> strVec;
strVec.emplace_back("Hello"); // 直接在vector中構造std::string對象
2. 使用reserve()優化性能：
如果你知道將要添加到vector中的元素數量，可以使用reserve()函數提前分配足夠的內存空間。這樣可以避免多次重新分配內存和數據復制，從而提高性能。
std::vector<int> intVec;
intVec.reserve(1000); // 預留空間以存儲1000個整數
for (int i = 0; i < 1000; ++i) {intVec.push_back(i);
}
3. 使用shrink_to_fit()釋放未使用的內存：
在刪除大量元素后，vector可能不會立即釋放未使用的內存。你可以調用shrink_to_fit()來請求容器減小其容量以匹配當前的大小。但請注意，這只是一個請求，標準庫并不保證一定會釋放內存。
std::vector<int> intVec(1000);
// ... 使用intVec ...
intVec.clear(); // 清除所有元素
intVec.shrink_to_fit(); // 請求釋放未使用的內存
4. 避免在循環中多次調用size()：
在循環中多次調用size()函數可能會導致不必要的性能開銷，特別是當循環體很大且迭代次數很多時。最好將size()的結果存儲在一個變量中，并在循環中使用該變量。
std::vector<int> intVec = {1, 2, 3, 4, 5};
size_t size = intVec.size();
for (size_t i = 0; i < size; ++i) {// ... 使用intVec[i] ...
}
六、總結
vector是C++ STL中非常強大且易于使用的動態數組容器。它提供了靈活的內存管理、高效的元素訪問和豐富的操作函數。然而，在使用vector時，我們也應該注意其性能特點和最佳實踐，以確保代碼的高效運行。通過合理使用vector的成員函數和注意避免一些常見陷阱，我們可以充分利用這個容器的優勢來編寫高效且可靠的C++代碼。
