C++: vector

C++ std::vector 尺度库范例 

std::vector 是 C++ 尺度库中动态数组的实现，支持自动扩容、随机访问和高效的元素操纵。

 
​1. 头文件与基本定义

• ​头文件：需包罗 <vector>。
  
• ​命名空间：属于 std 命名空间。
  
• ​基本声明：
  1. #include <vector>
  2. using namespace std; // 或显式使用 std::vector

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​2. 初始化与构造

vector 支持多种初始化方式：

1. vector<int> v1;             // 默认构造：空 vector
2. vector<int> v2(5, 100);     // 含 5 个元素，每个值为 100
3. vector<int> v3 = {1, 2, 3}; // 列表初始化（C++11 起）
4. vector<int> v4(v3);         // 拷贝构造（v4 与 v3 相同）
5. vector<int> v5(v3.begin(), v3.end()); // 通过迭代器范围构造

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​3. 常用操纵

(1) 元素访问

• ​下标访问：
  
  1. int a = v3[0];     // 访问第一个元素（不检查越界）
  2. int b = v3.at(1);  // 访问第二个元素（越界抛出 std::out_of_range）
  3. int c = v3.front(); // 首元素（等价于 v3[0]）
  4. int d = v3.back();  // 尾元素（等价于 v3[v3.size()-1]）

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• ​范围查抄：
  
  1. if (!v3.empty()) { // 确保 vector 非空
  2.     cout << v3[0];
  3. }

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(2) 添加元素

• ​尾部插入：
  
  1. v1.push_back(30);     // 添加元素 30 到尾部
  2. v1.emplace_back(40);  // 更高效（C++11，直接在容器内构造对象）

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• ​恣意位置插入：
  
  1. auto it = v3.begin() + 2;
  2. v3.insert(it, 99);  // 在索引 2 处插入 99 → {1, 2, 99, 3, 4, 5}

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​(3) 删除元素

• ​尾部删除：
  
  1. v3.pop_back();       // 删除最后一个元素 → {1, 2, 99, 3, 4}

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• ​恣意位置删除：
  
  1. auto it = v3.begin() + 2;
  2. v3.erase(it);        // 删除索引 2 处的元素 → {1, 2, 3, 4}
  3. v3.erase(v3.begin(), v3.begin() + 2); // 删除前两个元素 → {3, 4}

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• ​清空 vector：
  
  1. v3.clear();          // 清空所有元素，size 变为 0

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​4. 容量管理

(1) 容量与大小

1. int size = v3.size();     // 元素数量
2. bool isEmpty = v3.empty();// 是否为空
3. int capacity = v3.capacity(); // 当前分配的存储容量（>= size）

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​(2) 调解容量

• ​预分配内存​（避免频仍扩容）：
  
  1. v3.reserve(100); // 预分配容量为 100，size 不变

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• ​调解元素数量：
  
  1. v3.resize(10);    // 若 size < 10，填充默认值（int 为 0）
  2. v3.resize(5);     // 若 size > 5，截断后 5 个元素
  3. v3.resize(8, 99); // 填充 99 到新增位置

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​5. 迭代器与范围遍历

(1) 迭代器操纵

1. // 正向迭代器
2. for (auto it = v3.begin(); it != v3.end(); ++it) {
3.     cout << *it << " ";
4. }
6. // 反向迭代器
7. for (auto rit = v3.rbegin(); rit != v3.rend(); ++rit) {
8.     cout << *rit << " ";
9. }
11. // C++11 范围 for 循环
12. for (int num : v3) {
13.     cout << num << " ";
14. }

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(2) 迭代器失效问题

• ​插入/删除元素大概导致迭代器失效：
  1. auto it = v3.begin() + 1;
  2. v3.push_back(10); // 可能导致迭代器失效（若触发扩容）
  3. // 此时使用 it 是未定义行为！

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​6. 性能与优化

(1) 动态扩容机制

• ​扩容计谋：当 size 超过 capacity 时，vector 会分配新内存（通常容量翻倍），并将旧元素拷贝到新内存。
  
• ​时间复杂度：
  
  
  
  • 尾部插入（push_back）：均派 O(1)。
    
  • 中间插入/删除：O(n)。
    
  
  

(2) 高效操纵建议

• ​批量插入：
  
  1. vector<int> newData = {10, 20, 30};
  2. v3.insert(v3.end(), newData.begin(), newData.end());

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• ​移动语义（C++11）​：
  
  1. vector<string> v6;
  2. string str = "hello";
  3. v6.push_back(std::move(str)); // 移动而非拷贝，str 变为空

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7. 算法与 vector 结合

1. #include <algorithm>
2. vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5};
3. sort(nums.begin(), nums.end());       // 排序：1, 1, 3, 4, 5
4. auto it = find(nums.begin(), nums.end(), 4); // 查找元素 4 的位置
5. reverse(nums.begin(), nums.end());    // 反转：5, 4, 3, 1, 1

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 ​8. 与数组的对比

​特性std::vector原生数组 (int[])​内存管理自动扩容和释放手动管理​大小动态调解固定大小​访问效率雷同随机访问复杂度（O(1)）雷同​安全性越界查抄（at() 方法）无查抄，越界导致未定义行为

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​9. 注意事项

• ​越界访问：operator[] 不查抄越界，at() 会抛出 std:ut_of_range。
  
• ​迭代器失效：插入/删除操纵大概导致迭代器、指针或引用失效。
  
• ​vector<bool> 特化：避免使用 vector<bool>，其行为类似压缩位数组，与尺度容器不同等。
  
• ​避免频仍插入/删除中间元素：优先使用 std::list 或 std::deque。
  
• ​预分配内存：已知元素数量时，使用 reserve 淘汰扩容次数。
  
• ​元素范例要求：需支持拷贝或移动构造函数（如自定义类）。
  

​10. 综合示例

1. #include <iostream>
2. #include <vector>
3. #include <algorithm> // 用于 sort
4. using namespace std;
6. int main() {
7.     vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5, 9, 2, 6};
8.    
9.     // 排序
10.     sort(nums.begin(), nums.end()); // 1, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9
11.    
12.     // 去重
13.     auto last = unique(nums.begin(), nums.end());
14.     nums.erase(last, nums.end()); // 1, 2, 3, 4, 5, 6, 9
15.    
16.     // 遍历输出
17.     for (int num : nums) {
18.         cout << num << " ";
19.     }
20.     return 0;
21. }

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​11. 总结

​核心上风​说明动态大小无需预先指定容量，自动调解随机访问支持 O(1) 时间访问恣意元素内存安全自动管理内存，避免泄漏和越界与算法库无缝协作支持尺度库算法（如 sort, find）

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