C++（std::vector）
std::vector 是 C++ 标准库中的一个动态数组容器，位于 #include <vector> 头文件中。它是一个模板类，可以存储任何类型的对象，并根据需要动态调整其大小。std::vector 提供了高效的随机访问、尾部插入/删除操作（O(1)），但在中间插入或删除元素的性能较差（O(n)）。
1. 特性
- 动态大小：
std::vector能自动调整大小，随着元素的增加，容量会自动扩展。 - 连续内存存储：由于
std::vector的存储空间是连续的，它支持像数组一样的随机访问，时间复杂度为 O(1)。 - 自动管理内存：
std::vector自动管理内存的分配和释放，不需要手动调用new和delete。 - 模板类：可以存储任意类型的对象，必须在创建
std::vector时指定存储的对象类型，例如std::vector<int>存储整数，std::vector<std::string>存储字符串。 - 支持范围检查：通过
at()方法访问元素时会进行范围检查，如果索引越界会抛出std::out_of_range异常，而使用operator[]则不会进行检查。
2. 常用成员函数
2.1 构造函数
std::vector<T> v;：创建一个空的向量。std::vector<T> v(n);：创建一个包含n个默认值为T()的元素的向量。std::vector<T> v(n, value);：创建一个包含n个值为value的元素的向量。std::vector<T> v{elements...};：通过初始化列表来初始化std::vector。
2.2 元素访问
v[i]：返回向量中第i个元素（不进行边界检查）。v.at(i)：返回向量中第i个元素（进行边界检查）。v.front()：返回第一个元素。v.back()：返回最后一个元素。v.data()：返回指向存储数组的指针。
2.3 修改容器
v.push_back(value)：在向量的末尾添加元素value。v.pop_back()：删除向量中的最后一个元素。v.insert(iterator, value)：在指定位置插入元素。v.erase(iterator)：删除指定位置的元素。v.clear()：删除所有元素，使向量为空。v.resize(n)：调整向量大小为n，若n大于当前大小，增加的元素将初始化为默认值。v.reserve(n)：预留空间至少能容纳n个元素，避免多次分配内存。
2.4 容量相关
v.size()：返回向量中当前元素的数量。v.capacity()：返回向量当前容量，即不重新分配内存的情况下，最多能容纳多少元素。v.empty()：判断向量是否为空。
2.5 迭代器
v.begin()：返回指向第一个元素的迭代器。v.end()：返回指向最后一个元素之后的迭代器。v.rbegin()：返回指向最后一个元素的反向迭代器。v.rend()：返回指向第一个元素之前的反向迭代器。
3. 内存管理与效率
-
std::vector的内存分配具有一定的增长策略，当容量不足时，会重新分配一个更大的内存块（通常是当前容量的 1.5 倍或 2 倍），并将现有元素复制到新的内存块中。这种策略可以减少多次分配和复制的开销，但也可能导致暂时的内存浪费。 -
使用
reserve()可以预先分配足够的空间，从而避免多次扩容带来的开销，特别是在可以预测元素数量时。 -
shrink_to_fit()：这个方法请求减少容量以匹配大小，不过实现可以选择忽略此请求。它可能会将未使用的空间释放给操作系统。
4. 示例：
#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
// 添加元素
v.push_back(6);
// 访问元素
std::cout << "Element at index 2: " << v[2] << std::endl;
std::cout << "First element: " << v.front() << std::endl;
std::cout << "Last element: " << v.back() << std::endl;
// 修改元素
v[1] = 10;
// 输出向量的所有元素
for (int x : v) {
std::cout << x << " ";
}
std::cout << std::endl;
// 删除最后一个元素
v.pop_back();
// 输出当前大小和容量
std::cout << "Size: " << v.size() << std::endl;
std::cout << "Capacity: " << v.capacity() << std::endl;
return 0;
}
5. 性能分析：
- 时间复杂度：
- 访问元素的时间复杂度为 O(1)。
- 在尾部插入或删除元素的时间复杂度为摊销 O(1)，因为扩展操作在多次插入后才会触发。
- 插入或删除元素（非尾部）的时间复杂度为 O(n)，因为插入或删除操作需要移动后续元素。
- 内存重分配开销：扩展向量容量时会进行内存重分配，这时所有的元素会被复制到新的内存地址，因此在频繁插入大量元素时，提前使用
reserve()可以提高效率。
std::vector 是 C++ 中最常用的容器之一，因其灵活的动态数组功能、优秀的性能和易用性而广受欢迎。尽管它的动态扩展会有一定的开销，但通过适当的预分配（使用 reserve()）和合理的使用方式，std::vector 可以满足大多数应用场景中的性能需求。
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