C++ vector类的应用

1.vector的介绍及使用

1.1 vector的介绍

vector的文档介绍
1. vector是表示可变大小数组的序列容器。
2. 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
3. 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
4. vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
5. 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
6. 与其它动态序列容器相比（deque, list and forward_list）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起list和forward_list统一的迭代器和引用更好。

1.2 vector的使用

根据大致的介绍和对string的了解，可以大致使用以下vector

void test_vector1()
{
	//注意：vector使用的类模板，需要进行显示调用
	vector v1;
	v1.push_back(1);
	v1.push_back(2);
	v1.push_back(3);
	v1.push_back(4);
	v1.push_back(5);
	//遍历顺序表
	//1.迭代器
	vector::iterator it = v1.begin();
	while (it != v1.end())
	{
		cout << *it << "->";
		++it;
	}
	cout << endl;
	//2.范围for
	for (auto element : v1)
	{
		cout << element << "->";
	}
	cout << endl;
	//3.[ ]访问下标
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		cout << v1[i] << "->";
	}
	cout << endl;
}

感觉大致的使用下来好像vector可以替换string了，但是实则不然，
(1)string要求在最后又'\0'，而vector'\0'要手动去实现，而string是自动添加
(2)string还有很多他自己的专门的接口函数，比如比较两个字符串的大小，而vector则没有

1.2.1vector的构造

函数构造声明接口说明
vector() 无参构造
vector（size_type n, const value_type& val = value_type()）构造并初始化n个val
vector(const vector& x); （重点）拷贝构造
template<class InputIterator>
vector(InputIterator ﬁrst, InputIterator last); 使用不同类型的迭代器进行初始化构造

测试

void test_vector2()
{
	//int类型初始化10个1
	vector v1(10, 1);
	//打印遍历
	for (auto element1 : v1)
	{
		cout << element1 << "->";
	}
	cout << endl;
	//string类型初始化十个I Love You
	vector v2(10, "I Love You");
	vector::iterator it = v2.begin();
	while (it != v2.end())
	{
		cout << *it << "->";
		++it;
	}
	cout << endl;
	//使用v1的int类型进行初始化
	vector v3(v1.begin(), v1.end());
	//打印遍历
	for (auto element3 : v3)
	{
		cout << element3 << "->";
	}
	cout << endl;
	//使用v2的string类型进行初始化
	vector v4(v2.begin(), v2.end());
	//打印遍历
	for (auto element4 : v4)
	{
		cout << element4 << "->";
	}
	cout << endl;
	//还可以使用数组指针进行初始化，相当于就是迭代器
	int a[] = { 12,45,78,14 };
	vector v5(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	for (auto element5 : v5)
	{
		cout << element5 << "->";
	}
	cout << endl;
}

1.2.2 vector iterator的使用

iterator的使用接口说明
begin+end（重点）获取第一个数据位置的iterator / const_iterator，获取最后一个数据的下一个位置的iterator / const_iterator
rbegin + rend 获取最后一个数据位置的reverse_iterator，获取第一个数据前一个位置的 reverse_iterator

在STL中，算法和容器时分离的，那他们靠什么链接呢,靠的就是迭代器链接他们两个

例如：

void test_vector3()
{
	//迭代器链接stl的算法和容器
	//使用数组指针进行初始化，然后对它进行排序
	int a[] = { 12,45,78,14 };
	vector v1(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	cout << "排序前" << endl;
	for (auto element1 : v1)
	{
		cout << element1 << "->";
	}
	cout << endl;
	//sort就是排序(默认升序）
	cout << "排序后" << endl;
	sort(v1.begin(), v1.end());
	for (auto element2 : v1)
	{
		cout << element2 << "->";
	}
	cout << endl;
	//降序
	cout << "排序后" << endl;
	sort(v1.begin(), v1.end(), greater());//传greater的匿名对象
	for (auto element2 : v1)
	{
		cout << element2 << "->";
	}
	cout << endl;
}

注意：sort时排序的函数，相当于c语言中的qsort

1.2.3 vector空间增长问题

容量空间接口说明
size 获取数据个数
capacity 获取容量大小
empty 判断是否为空
resize（常见）改变vector的size
reserve （常见）改变vector的capacity

注意：
capacity的代码在vs和g++下分别运行会发现，vs下capacity是按1.5倍增长的，g++是按2倍增长的。这个问题经常会考察，不要固化的认为，vector增容都是2倍，具体增长多少是根据具体的需求定义的。vs是PJ版本STL，g++是SGI版本STL。
reserve只负责开辟空间，如果确定知道需要用多少空间，reserve可以缓解vector增容的代价缺陷问题,reserve不会改变size
resize在开空间的同时还会进行初始化，影响size。

void test_vector4()
{
	vector v1;
	cout << v1.max_size() << endl;
	//扩容+访问+修改(resize）
	v1.resize(10);
	for (size_t i = 0; i < v1.size(); i++)
	{
		v1[i] = i;
	}
	for (auto element1: v1)
	{
		cout << element1 << "->";
	}
	cout << endl;
	//扩容+访问+修改(reserve）
	vector v2;
	v2.reserve(10);
	for (size_t i = 0; i < v2.size(); i++)
	{
		v2.push_back(i);//通过push_back将size涨上去
	}
	for (auto element1 : v1)
	{
		cout << element1 << "->";
	}
	cout << endl;
	//at越界抛异常
	vector v3;
	v3.push_back(1);
	cout << v3.at(0) << endl;
	cout << v3.at(100) << endl;
}

测试vector的默认扩容机制

void TestVectorExpand()
{
	size_t sz;
	vector 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';
		}
	}
}
int main()
{
	TestVectorExpand();
	return 0;
}

vector扩容测试的结果（vs2022下）

1.2.3 vector 增删查改

vector增删查改接口说明
push_back（常见）尾插
pop_back （常见）尾删
ﬁnd 查找（注意这个是算法模块实现，不是vector的成员接口）
insert 在position之前插入val
erase 删除position位置的数据
swap 交换两个vector的数据空间
operator[]（常见）像数组一样访问

注：算法中的find

注意：vector没有提供头插头删，其需要挪动数据，效率太低，成本太高，但是可以使用insert进行头插头删

void test_vector5()
{
	int a[] = { 12,98,78,328,678,4,1, 3 };
	vector v1(a, a + sizeof(a) / sizeof(a[0]));
	//头删
	v1.erase(v1.begin());
	//头插
	v1.insert(v1.begin(), 100);
	for (auto element1 : v1)
	{
		cout << element1 << "->";
	}
	cout << endl;
	//删除第三个位置的数据(注意是+2）
	v1.erase(v1.begin() + 2);
	for (auto element2 : v1)
	{
		cout << element2 << "->";
	}
	cout << endl;
	//想删除3，但不知道3在哪里(find(算法中的find）+erase)
	vector::iterator pos = find(v1.begin(), v1.end(), 3);
	if (pos != v1.end())//找不到就返回last,也就是这里给的v1.end()
	{
		v1.erase(pos);
	}
	for (auto element3 : v1)
	{
		cout << element3 << "->";
	}
	cout << endl;
	//如果有很多个3，要全部删除3--涉及迭代器失效的问题
	int array[] = { 1,4,57,33,3,45,3,65,3,68,3 };
	vector v2(array, array + sizeof(array) / sizeof(array[0]));
	vector::iterator pos1 = find(v2.begin(), v2.end(), 3);
	//写成while循环
	while (pos1 != v2.end())
	{
		v2.erase(pos1);
		pos1 = find(v2.begin(), v2.end(), 3);//这样效率很低
	}
	for (auto element4 : v2)
	{
		cout << element4 << "->";
	}
	cout << endl;
}

1.2.4 vector 迭代器失效问题

迭代器的主要作用就是让算法能够不用关心底层数据结构，其底层实际就是一个指针，或者是对指针进行了封装，比如：vector的迭代器就是原生态指针T* 。因此迭代器失效，实际就是迭代器底层对应指针所指向的空间被销毁了，而使用一块已经被释放的空间，造成的后果是程序崩溃(即如果继续使用已经失效的迭代器，程序可能会崩溃)。
对于vector可能会导致其迭代器失效的操作有：

1. 会引起其底层空间改变的操作，都有可能是迭代器失效，比如：resize、reserve、insert、assign、push_back等

void test_vector6()
{
	vector v{ 1,2,3,4,5,6 };
	auto it = v.begin();
	// 将有效元素个数增加到100个，多出的位置使用8填充，操作期间底层会扩容
	// v.resize(100, 8);
	// reserve的作用就是改变扩容大小但不改变有效元素个数，操作期间可能会引起底层容量改变
	// v.reserve(100);
	// 插入元素期间，可能会引起扩容，而导致原空间被释放
	// v.insert(v.begin(), 0);
	// v.push_back(8);
	// 给vector重新赋值，可能会引起底层容量改变
	v.assign(100, 8);
//出错原因：以上操作，都有可能会导致vector扩容，也就是说vector底层原理旧空间被释放掉，
//而在打印时，it还使用的是释放之间的旧空间，在对it迭代器操作时，实际操作的是一块已经被释放的
//空间，而引起代码运行时崩溃。
//解决方式：在以上操作完成之后，如果想要继续通过迭代器操作vector中的元素，只需给it重新赋值即可。
	while (it != v.end())
	{
		cout << *it << " ";
		++it;
	}
	cout << endl;
}

2. 指定位置元素的删除操作--erase

void test_vector7()
{
	int a[] = { 1, 2, 3, 4 };
	vector v(a, a + sizeof(a) / sizeof(int));
	// 使用find查找3所在位置的iterator
	vector::iterator pos = find(v.begin(), v.end(), 3);
	// 删除pos位置的数据，导致pos迭代器失效。
	v.erase(pos);
	cout << *pos << endl; // 此处会导致非法访问
}

erase删除pos位置元素后，pos位置之后的元素会往前搬移，没有导致底层空间的改变，理论上讲迭代器不应该会失效，但是：如果pos刚好是最后一个元素，删完之后pos刚好是end的位置，而end位置是没有元素的，那么pos就失效了。因此删除vector中任意位置上元素时，vs就认为该位置迭代器失效了。

3. 与vector类似，string在插入+扩容操作+erase之后，迭代器也会失效

void TestString()
{
 string s("hello");
 auto it = s.begin();
 // 放开之后代码会崩溃，因为resize到20会string会进行扩容
 // 扩容之后，it指向之前旧空间已经被释放了，该迭代器就失效了
 // 后序打印时，再访问it指向的空间程序就会崩溃
 //s.resize(20, '!');
 while (it != s.end())
 {
 cout << *it;
 ++it;
 }
 cout << endl;
 it = s.begin();
 while (it != s.end())
 {
 it = s.erase(it);
 // 按照下面方式写，运行时程序会崩溃，因为erase(it)之后
 // it位置的迭代器就失效了
 // s.erase(it);
 ++it;
 }
}

迭代器失效解决办法：在使用前，对迭代器重新赋值即可

发表于 2025-11-18 17:33 jzssuanfa 阅读(2) 评论(0) 收藏举报

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