C++STL vector详解(杂谈)

介绍

这篇文章的目的是为了介绍std::vector，如何恰当地使用它们的成员函数等操作。本文中还讨论了条件函数和函数指针在迭代算法中使用，如在remove_if()和for_each()中的使用。通过阅读这篇文章读者应该能够有效地使用vector容器，而且应该不会再去使用C类型的动态数组了。

 

Vector总览

vector是C++标准模板库中的部分内容，它是一个多功能的，能够操作多种数据结构和算法的模板类和函数库。vector之所以被认为是一个容器，是因为它能够像容器一样存放各种类型的对象，简单地说，vector是一个能够存放任意类型的动态数组，能够增加和压缩数据。

为了可以使用vector，必须在你的头文件中包含下面的代码：

#include <vector>

 

vector属于std命名域的，因此需要通过命名限定，如下完成你的代码：

using std::vector;

vector<int> vInts;

 

或者连在一起，使用全名：

std::vector<int> vInts;

 

建议使用全局的命名域方式：

using namespace std;

 

在后面的操作中全局的命名域方式会造成一些问题。vector容器提供了很多接口，在下面的表中列出vector的成员函数和操作。

 

Vector成员函数

函数	表述
c.assign(beg,end) c.assign(n,elem)	将[beg; end)区间中的数据赋值给c。 将n个elem的拷贝赋值给c。
c.at(idx)	传回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range。
c.back()	传回最后一个数据，不检查这个数据是否存在。
c.begin()	传回迭代器重的可一个数据。
c.capacity()	返回容器中数据个数。
c.clear()	移除容器中所有数据。
c.empty()	判断容器是否为空。
c.end()	指向迭代器中的最后一个数据地址。
c.erase(pos) c.erase(beg,end)	删除pos位置的数据，传回下一个数据的位置。 删除[beg,end)区间的数据，传回下一个数据的位置。
c.front()	传回第一个数据。
get_allocator	使用构造函数返回一个拷贝。
c.insert(pos,elem) c.insert(pos,n,elem) c.insert(pos,beg,end)	在pos位置插入一个elem拷贝，传回新数据位置。 在pos位置插入n个elem数据。无返回值。 在pos位置插入在[beg,end)区间的数据。无返回值。
c.max_size()	返回容器中最大数据的数量。
c.pop_back()	删除最后一个数据。
c.push_back(elem)	在尾部加入一个数据。
c.rbegin()	传回一个逆向队列的第一个数据。
c.rend()	传回一个逆向队列的最后一个数据的下一个位置。
c.resize(num)	重新指定队列的长度。
c.reserve()	保留适当的容量。
c.size()	返回容器中实际数据的个数。
c1.swap(c2) swap(c1,c2)	将c1和c2元素互换。 同上操作。
vector<Elem> c vector <Elem> c1(c2) vector <Elem> c(n) vector <Elem> c(n, elem) vector <Elem> c(beg,end) c.~ vector <Elem>()	创建一个空的vector。 复制一个vector。 创建一个vector，含有n个数据，数据均已缺省构造产生。 创建一个含有n个elem拷贝的vector。 创建一个以[beg;end)区间的vector。 销毁所有数据，释放内存。

 

Vector操作

函数	描述
operator[]	返回容器中指定位置的一个引用。

 

创建一个vector

vector容器提供了多种创建方法，下面介绍几种常用的。

创建一个Widget类型的空的vector对象：

vector<Widget> vWidgets;

//     ------

//      |

//      |- Since vector is a Container, its member functions

//         operate on iterators and the container itself so

//         it can hold objects of any type.

 

创建一个包含500个Widget类型数据的vector：

vector<Widget> vWidgets(500);

 

创建一个包含500个Widget类型数据的vector，并且都初始化为0：

vector<Widget> vWidgets(500, Widget(0));

 

创建一个Widget的拷贝：

vector<Widget> vWidgetsFromAnother(vWidgets);

 

向vector添加一个数据

vector添加数据的缺省方法是push_back()。push_back()函数表示将数据添加到vector的尾部，并按需要来分配内存。例如：向vector<Widget>中添加10个数据，需要如下编写代码：

for(int i= 0;i<10; i++)

    vWidgets.push_back(Widget(i));

 

获取vector中制定位置的数据

很多时候我们不必要知道vector里面有多少数据，vector里面的数据是动态分配的，使用push_back()的一系列分配空间常常决定于文件或一些数据源。如果你想知道vector存放了多少数据，你可以使用empty()。获取vector的大小，可以使用size()。例如，如果你想获取一个vector v的大小，但不知道它是否为空，或者已经包含了数据，如果为空想设置为-1，你可以使用下面的代码实现：

int nSize = v.empty() ? -1 : static_cast<int>(v.size());

 

访问vector中的数据

使用两种方法来访问vector。

1、   vector::at()

2、   vector::operator[]

operator[]主要是为了与C语言进行兼容。它可以像C语言数组一样操作。但at()是我们的首选，因为at()进行了边界检查，如果访问超过了vector的范围，将抛出一个例外。由于operator[]容易造成一些错误，所有我们很少用它，下面进行验证一下：

分析下面的代码：

vector<int> v;

v.reserve(10);

 

for(int i=0; i<7; i++)

    v.push_back(i);

 

try

{

 int iVal1 = v[7];  // not bounds checked - will not throw

 int iVal2 = v.at(7); // bounds checked - will throw if out of range

}

catch(const exception& e)

{

 cout << e.what();

}

 

我们使用reserve()分配了10个int型的空间，但并不没有初始化。 

 

你可以在这个代码中尝试不同条件，观察它的结果，但是无论何时使用at()，都是正确的。

 

删除vector中的数据

vector能够非常容易地添加数据，也能很方便地取出数据，同样vector提供了erase()，pop_back()，clear()来删除数据，当你删除数据的时候，你应该知道要删除尾部的数据，或者是删除所有数据，还是个别的数据。在考虑删除等操作之前让我们静下来考虑一下在STL中的一些应用。

 

Remove_if()算法

现在我们考虑操作里面的数据。如果要使用remove_if()，我们需要在头文件中包含如下代码：：

#include <algorithm>

 

         Remove_if()有三个参数：

1、   iterator _First：指向第一个数据的迭代指针。

2、   iterator _Last：指向最后一个数据的迭代指针。

3、   predicate _Pred：一个可以对迭代操作的条件函数。

 

条件函数

条件函数是一个按照用户定义的条件返回是或否的结果，是最基本的函数指针，或者是一个函数对象。这个函数对象需要支持所有的函数调用操作，重载operator()()操作。remove_if()是通过unary_function继承下来的，允许传递数据作为条件。

例如，假如你想从一个vector<CString>中删除匹配的数据，如果字串中包含了一个值，从这个值开始，从这个值结束。首先你应该建立一个数据结构来包含这些数据，类似代码如下：

#include <functional>

enum findmodes

{

 FM_INVALID = 0,

 FM_IS,

 FM_STARTSWITH,

 FM_ENDSWITH,

 FM_CONTAINS

};

typedef struct tagFindStr

{

 UINT iMode;

 CString szMatchStr;

} FindStr;

typedef FindStr* LPFINDSTR;

 

然后处理条件判断：

class FindMatchingString

    : public std::unary_function<CString, bool>

{

   

public:

  FindMatchingString(const LPFINDSTR lpFS) : m_lpFS(lpFS) {}

   

  bool operator()(CString& szStringToCompare) const

  {

     bool retVal = false;

 

     switch(m_lpFS->iMode)

     {

     case FM_IS:

       {

         retVal = (szStringToCompare == m_lpFDD->szMatchStr);

         break;

       }

     case FM_STARTSWITH:

       {

         retVal = (szStringToCompare.Left(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())

               == m_lpFDD->szWindowTitle);

         break;

       }

     case FM_ENDSWITH:

       {

         retVal = (szStringToCompare.Right(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())

               == m_lpFDD->szMatchStr);

         break;

       }

     case FM_CONTAINS:

       {

         retVal = (szStringToCompare.Find(m_lpFDD->szMatchStr) != -1);

         break;

       }

     }

       

     return retVal;

 }

       

private:

    LPFINDSTR m_lpFS;

};

 

通过这个操作你可以从vector中有效地删除数据：

// remove all strings containing the value of

// szRemove from vector<CString> vs.

 

FindStr fs;

fs.iMode = FM_CONTAINS;

fs.szMatchStr = szRemove;

 

vs.erase(std::remove_if(vs.begin(), vs.end(), FindMatchingString(&fs)), vs.end());

 

Remove_if()能做什么？

你可能会疑惑，对于上面那个例子在调用remove_if()的时候还要使用erase()呢？这是因为大家并不熟悉STL中的算法。Remove(),remove_if()等所有的移出操作都是建立在一个迭代范围上的，那么不能操作容器中的数据。所以在使用remove_if()，实际上操作的时容器里数据的上面的。思考上面的例子：

1、   szRemove = “o”.

2、   vs见下面图表中的显示。

 

观察这个结果，我们可以看到remove_if()实际上是根据条件对迭代地址进行了修改，在数据的后面存在一些残余的数据，那些需要删除的数据。剩下的数据的位置可能不是原来的数据，但他们是不知道的。

调用erase()来删除那些残余的数据。注意上面例子中通过erase()删除remove_if()的结果和vs.enc()范围的数据。

 

压缩一个臃肿的vector

很多时候大量的删除数据，或者通过使用reserve()，结果vector的空间远远大于实际需要的。所有需要压缩vector到它实际的大小。resize()能够增加vector的大小。Clear()仅仅能够改变缓存的大小，所有的这些对于vector释放内存等九非常重要了。如何来解决这些问题呢，让我们来操作一下。

我们可以通过一个vector创建另一个vector。让我们看看这将发生什么。假定我们已经有一个vector v，它的内存大小为1000，当我们调用size()的时候，它的大小仅为7。我们浪费了大量的内存。让我们在它的基础上创建一个vector。

 

std::vector<CString> vNew(v);

cout << vNew.capacity();

 

 

vNew.capacity()返回的是7。这说明新创建的只是根据实际大小来分配的空间。现在我们不想释放v，因为我们要在其它地方用到它，我们可以使用swap()将v和vNew互相交换一下？

 

    vNew.swap(v);

    cout << vNew.capacity();

    cout << v.capacity();

 

 

有趣的是：vNew.capacity()是1000，而v.capacity()是7。

现在是达到我的目的了，但是并不是很好的解决方法，我们可以像下面这么写：

 

    std::vector<CString>(v).swap(v);

 

     

你可以看到我们做了什么？我们创建了一个临时变量代替那个命名的，然后使用swap(),这样我们就去掉了不必要的空间，得到实际大小的v。

 

结论

我希望这个文档可以给那些使用STL vector容器的开发者很有价值的参考。我也希望通过阅读这篇文章你可以放心地使用vector来代替C语言中的数据了。

 

参考

Plauger, P.J. Standard C++ Library Reference. February, 2003. MSDN.

Schildt, Herbert. C++ from the Ground Up, Second Edition. Berkeley: 1998.

Sutter, Herb. More Exceptional C++. Indianapolis: 2002.