【c++丨STL】vector的使用

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ephemerals__ 发表于 2025/03/25 09:57:42 2025/03/25
【摘要】 前言之前我们学习了string类的使用及模拟实现，相比c语言的字符串，它的功能更强，安全性更高，操作方式更便捷。然而，在处理更复杂的数据集合时，仅仅依赖字符串往往显得力不从心，尤其是当我们需要管理一系列具有相同类型的数据项时，如一系列的数字、字符或甚至是其他字符串。这时，一个更为强大且灵活的数据结构——**向量（vector）**便应运而生。本篇文章，我们将介绍vector并深入探讨其使用...

前言

之前我们学习了string类的使用及模拟实现，相比c语言的字符串，它的功能更强，安全性更高，操作方式更便捷。然而，在处理更复杂的数据集合时，仅仅依赖字符串往往显得力不从心，尤其是当我们需要管理一系列具有相同类型的数据项时，如一系列的数字、字符或甚至是其他字符串。这时，一个更为强大且灵活的数据结构——**向量（vector）**便应运而生。

本篇文章，我们将介绍vector并深入探讨其使用方法。

vector简要介绍

vector是STL中的一种容器，它用于表示可变大小的数组，底层使用动态顺序表实现。相比传统的数组，vector附带了一系列操作接口，并且由于内存是动态分配的，所以不必担心插入元素时内存不足的问题。由于vector强大的功能和灵活性，我们在c++编程中经常使用vector来表示内存连续的序列。

image.png

我们使用vector时，要引头文件**<vector>，并且该容器定义在命名空间std**当中。

一、vector的默认成员函数

vector显示实现的默认成员函数如下：

image.png

构造函数(constructor)

image.png

vector一共有6个构造函数，其中最常用的有5个：

函数原型功能说明
vector();无参构造（忽略空间配置器），创建一个空的数组
vector(size_type n, const value_type& val);用n个val值构造一个对象
vector(const vector& x);拷贝构造，用对象x构造另一个vector对象
vector(InputIterator first, InputIterator last);迭代器区间构造，用一个vector对象的一部分构造另一个vector对象
vector (initializer_list<value_type> il);初始化器构造，类似于数组初始化的方式（大括号）

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

void print(vector<int>& v)
{
    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    vector<int> v1;
    vector<int> v2(3, 5);
    vector<int> v3(v2);
    vector<int> v4(v3.begin() + 1, v3.end());
    vector<int> v5({ 1,2,3,4,5 });
    print(v1);
    print(v2);
    print(v3);
    print(v4);
    print(v5);
    return 0;
}

image.png

这里需要注意：vector的本质是一个类模板，我们在定义时需要配合"< >"标明其元素类型。

析构函数(destructor)

image.png

析构函数用于释放动态分配的内存空间，在对象声明周期结束时自动调用。

赋值运算符重载operator=

image.png

赋值重载用于完成已经存在的对象的拷贝赋值。这三个赋值重载函数中，第一个和第三个比较常用：

函数原型功能说明
vector& operator=(const vector& x);将一个vector对象赋值给另一个vector对象
vector& operator=(initializer_list<value_type> il);用初始化器给对象赋值

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

void print(vector<int>& v)
{
    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    vector<int> v1;
    vector<int> v2({ 1,2,3,4,5 });
    v1 = v2;
    print(v1);
    v1 = { 5,4,3,2,1 };
    print(v1);
    return 0;
}

image.png

二、vector的容量接口

image.png

vector的容量接口有七个，我们介绍几个比较常用的容量接口：

size和capacity

image.png

size用于获取vector中数据元素的个数。注意：元素个数并不等同于空间容量。

image.png

capacity用于获取当前为数组分配的空间容量，以元素表示。在任何情况下，size都小于等于capacity。

不同编译器对插入元素时capacity的增长量设置可能不同，vs下基本按照1.5倍增长，而g++下按照2倍增长。

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1;
    vector<int> v2(10, 1);
    vector<int> v3;
    for (int i = 0; i < 10; i++) v3.push_back(1);
    cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
    cout << "v2 size:" << v2.size() << " capacity:" << v2.capacity() << endl;
    cout << "v3 size:" << v3.size() << " capacity:" << v3.capacity() << endl;
    return 0;
}

image.png

resize和reserve

image.png

resize的作用是改变容器的size。

如果参数n的值小于当前size，则该函数会将size调整为n值，并且删除超出的元素。

如果参数n的值大于当前size，则会在末尾插入元素至size等于n值。如果我们传了val参数，则后续插入的元素被初始化为val的副本；如果没有传val参数，则会调用其构造函数来初始化元素（实际上，内置类型也有"构造函数"，内置类型默认构造初始化的结果一般为0）。另外，如果参数n的值也大于capacity的值，则容器会额外分配空间便于插入元素。

注意：该函数本质是通过插入或删除元素来改变size的值。

image.png

reserve的作用是为容器预留空间（增容）。

如果参数n小于等于当前容量，则不会进行任何操作。

如果参数n大于当前容量，则该函数使容器重新分配其存储空间，将其容量增加到n（或更大）。

注意：该函数对容器内的元素不会有任何影响。

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
    v1.resize(10);
    cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
    v1.reserve(20);
    cout << "v1 size:" << v1.size() << " capacity:" << v1.capacity() << endl;
    return 0;
}

image.png

empty

image.png

empty用于判断容器是否为空（即元素个数是否为0）。如果为空，返回true；否则返回false。

该函数不会修改容器的元素内容。

三、vector的迭代器接口

image.png

vector的迭代器和string使用方法类似，我们都可以通过迭代器接口来获取迭代器，进而访问数据元素。

image.png

begin和end

image.png

image.png

begin返回指向首元素的正向迭代器，而end返回指向末尾元素“后一位”的正向迭代器。

代码举例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); it++)
    {
        cout << *it << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

image.png

rbegin和rend

image.png

image.png

rebegin返回指向末尾元素的反向迭代器，rend返回指向首元素“前一位”的反向迭代器。

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    for (auto it = v1.rbegin(); it != v1.rend(); it++)
    {
        cout << *it << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

image.png

cbegin、cend、crbegin、crend

这四种迭代器是在前四种迭代器的基础上修改为只能进行读操作，不可修改指向的值。这里不再赘述。

四、vector的元素访问接口

image.png

元素访问接口便于我们访问和修改容器内的元素。

operator[ ]

image.png

operator[ ]可以让我们像访问数组元素一样访问和修改容器中的元素。它的使用方法与下标引用操作符相同。这里需要注意：可移植程序不应该使用超出范围的参数n调用此函数，因为这会导致未定义的行为。

代码举例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
    {
        cout << v1[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

image.png

at

image.png

at的作用与operator[ ]相同，该函数需要传入的参数对应数组下标。与operator[ ]不同的是：如果越界访问，at会抛出异常，而operator[ ]会导致未定义行为。

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
    {
        cout << v1.at(i) << ' ';
    }
    cout << endl;
    return 0;
}

image.png

front和back

image.png

image.png

front返回容器首元素的引用，而back返回容器末尾元素的引用。我们可以使用这两个函数来访问或修改容器的首尾元素。

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    cout << v1.front() << endl;
    cout << v1.back() << endl;
    return 0;
}

image.png

五、vector的增删查改

image.png

push_back

image.png

push_back的功能是尾插一个元素，该元素被初始化为val的副本。当容量不足时会自动扩容。

pop_back

image.png

pop_back用于删除尾部元素。

insert

image.png

insert用于在指定位置进行插入。这里的位置需要用迭代器进行指定。该函数支持单个元素插入、n个val值插入、迭代器区间插入以及初始化器插入。完成插入操作后，它会返回新插入部分首元素的迭代器。

使用举例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

void print(vector<int>& v)
{
    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5 };
    print(v1);
    v1.insert(v1.end(), 10);
    print(v1);
    v1.insert(v1.end(), 3, 7);
    print(v1);
    v1.insert(v1.end(), v1.begin(), v1.end());
    print(v1);
    v1.insert(v1.end(), { 9,9,9,9,9 });
    print(v1);
    return 0;
}

image.png

erase

image.png

erase的作用是删除指定位置的元素或区间。指定的元素或区间都需要用迭代器表示。函数的返回值是删除部分的后一个位置的迭代器。

代码举例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

void print(vector<int>& v)
{
    for (int i = 0; i < v.size(); i++)
    {
        cout << v[i] << ' ';
    }
    cout << endl;
}

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    print(v1);
    v1.erase(v1.begin() + 3);
    print(v1);
    v1.erase(v1.begin() + 1, v1.begin() + 4);
    print(v1);
    return 0;
}

image.png

swap

image.png

swap用于交换两个vector容器的内容。

当然，与string相同，它也有一个非成员函数版的swap：

image.png

clear

image.png

clear的作用是将容器中的所有元素清除，并且将size置为0。

find

image.png

在vector的成员函数中，我们发现并没有用于查找的函数（find），那么如何进行查找呢？答案是使用STL实现的通用find。该find函数定义在算法库**<algorithm>当中，用于容器元素的查找。它接受两个迭代器参数和一个值参数，表示需要查找的区间和值**。如果找到了，函数会返回指向第一个查找到的元素的迭代器，否则返回尾迭代器。

使用举例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int> v1 = { 1,2,3,4,5,6,7,8,9,10 };
    int n = 0;
    while (cin >> n)
    {
        if (find(v1.begin(), v1.end(), n) != v1.end())
        {
            cout << "找到了" << endl;
        }
        else
        {
            cout << "没找到" << endl;
        }
    }
    return 0;
}

image.png

六、vector灵活运用：创建字符串数组

之前提到，vector本质是一个类模板，我们可以自由设定容器的元素类型。那么，是否可以用vector创建一个字符串数组呢？

代码示例：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
    vector<string> v;
    v.push_back("hello");
    v.push_back("world");
    for (auto& e : v)
    {
        cout << e << ' ';
    }
    cout << endl;
}

image.png

在上述代码中，我们传入模板参数“string”，这使得vector容器内的每一个元素都是一个string对象，这样就可以用vector来存储多个字符串了。由于c++自动调用自定义成员构造函数和析构函数的特性，我们也无需担心初始化与空间释放问题。当然我们也可以使用" vector<vector<int>> "来创建一个动态的二维数组，运用方式十分灵活。

总结

今天我们学习了STL另一个容器–vector的使用。不难发现，它的许多接口名称与string是相同的，这种实现方式也有助于我们学习、使用和理解STL各种各样的容器。之后博主会带大家深入学习vector的底层原理，并尝试模拟实现。如果你觉得博主讲的还不错，就请留下一个小小的赞在走哦，感谢大家的支持❤❤❤

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