数组基础篇（对应C++ Primer plus 4.10）

概要：数组是由一组同类型的元素组成的集合，在内存上是一片连续的存储空间。C++提供了三种数组的表示方法：普通数组，模板类vector(C++98 新增的标准模板库STL提供该模板类)和模板类array（C++11新增）

下面分别讨论这三种类型的数组是如何使用的以及他们的区别：

一，这三种数组如何被定义？初始化？元素如何被访问?

(1)普通数组

普通数组定义和初始化：

typename vt[n_elem]； //数组vt长度n_elem必须是定常量或常量表达式

int a1[10]={1,3,4}; //定义由10个int型变量的数组a1，并用列表中数值依次对数组元素进行初始化（不足项默认为0）

int a1[]={1,3,4}; //定义由3个int型变量的数组a1,（这里定义数组时长度可以省略）

char a1[]="i i" //定义由4个char型变量组成的数组a1(注意别忘了字符串中间的空格和字符串结尾省略的空字符，另外中文字符占2字节，英文、空格、结尾空字符都占一个字节)

普通数组元素的访问：

int a1[3]={1,3,4};

cout<<a1[2]<<*(a1+2)<<endl; //可以通过数组名和元素下标来访问数组的元素；a1[2]相当于*(a1+2)，数组名a1被解析为第一个元素的地址，这里即引用第一个元素往后移动两个元素位置的地址上数值。

int p1=a1; //使用指针指向数组首地址后即可像数组名那样访问数组元素（而且是引用不是copy），

cout<<p1[2]<<endl; //p1[2]相当于a1[2], 即p1[2]---a1[2]---*(p1+2)---*(a1+2)

int p2=&a1[1];

cout<<p2[1]<<*（p2+1）<<*(a1+1+1)<<a1[2]<<end; //这三者等

（2）模板类vector（动态数组）

模板类vectot的定义和初始化：

vector<typename>vt(n_elem); //注意，vector对象vt的长度n_elem可以是常量也可以是变量；在运行阶段根据实际需要设置它的长度；

#include<vector>

...

using name space std;

vector<int> a2; 创建由0个int型变量组成的vector对象，内存为0；

a2.push_back(0)

a2.push_back(1) //.push_back为vector模板类的一个方法，用于给数组扩容，即往数组尾部插入变量；注意，这里不能用a2[i]=数值；否则因vector数值越界而程序中断；

a2.push_back(2) //vector对象的存储空间每次扩大时都会重新申请一片空间，然后将旧空间存储的值copy过来，最后将就空间释放；所以vector功能虽强，但代价是效率低。

vector<int>a2(10); //创建由10个int变量组成的vector对象；

a[0]=0;

...

a[9]=9; //注意，C++98不支持用列表初始化vector对象，仅普通数组和array对象支持列表初始化；但在C++11新增了vector的列表初始化；

模板类vectot对象的元素访问：

同上面普通数组，可用vector对象名和元素下标访问a2[i],也可以用指向vector对象的指针访问；注意区别在于vector对象名不能被解析为第一个元素的地址。

int n;
cin >>n;
vector<int>a2(n);
a2[2] = 2;
int* p = &a2[0];
cout << a2[2] << p[2] << *(p + 2); //这三者等效

*遗留问题1：vector对象内存空间如何缩小？具体的原理是什么？

（3）模板类array

模板类array的定义和初始化

array<typename,n_elem>vt; //同普通数组一样，创建array对象必须指定长度,n_elem须是常量或常量表达式。

#include<array>

...

using name space std;

array<int ,3>a3={1,2,3} //定义由三个int型变量组成的array对象，并用列表里数值对array对象的元素进行初始化。

模板类array对象的元素访问：

对array对象的元素进行访问时，同普通数组和vector对象一样，都能通过对象名和元素下标进行访问，或者用指向对象的指针进行访问，

但同样，array对象名和vector对象名一样，不能像普通数组名称那样被解析为首元素的地址，即&a2[0]不等同于a2，&a3[0]不等同于a[3]

示例如下：

array<int, 3>a3 = { 1,2,3 };
int* p = &a3[0];
cout << a3[2] <<p[2]<<*(p+2) << endl;

二，三种数组的比较

1-就灵活性和功能上来说，模板类vecotor具有更高的灵活性，体现在其定义时不用指定具体的长度，而是可以在程序运行时根据需要确定其长度大小，另外，当vector对象的存储空间不够用时，会自动扩容，而无需手动分配内存。

2-就效率而言，由于vector对象每次扩容时都会重新申请一片更大的内存空间，然后将数据从原来的存储空间copy过来，再释放原来的存储空间；这样的过程将大大降低效率；而普通数组与array对象都是长度固定的，也使用栈（静态内存分配），而不是自由存储区，因此二者效率一样，都比vector高效。

3-安全性上：C++/C不会检查数组越界的情况，如a1[-2]=3，而array和vector提供了检查数组越界的方法.at()，使用at(i)访问元素时，会先判断小标i是否合法，从而提高了安全性。

4-方便性，vector和array对象可以进行赋值操作，而内置数组只能逐个元素copy，另外，vector和array有很多方便的api 如获取长度.size(),判断是都为空.empty()，而数组只能通过sizeof() / strlen()以及遍历计数来获取大小和是否为空。

5.vector和array提供了更好的遍历机制，即有正向迭代器和反向迭代器
6.vector和array提供了两个容器对象的内容交换，即swap()的机制，而数组对于交换只能通过遍历的方式逐个交换元素
7.array提供了初始化所有成员的方法fill（）
8.由于vector的动态内存变化的机制，在插入和删除时，需要考虑迭代的是否有效问题
9.vector和array在声明变量后，在声明周期完成后，会自动地释放其所占用的内存。对于数组如果用new[] / malloc申请的空间，必须用对应的delete[]和free来释放内存

10.array对象和数组存储在相同的内存区域（栈）中，vector对象存储在自由存储区（堆）。

------------总结

通过以上比较，以后如需动态数组，使用vector,如需固定长度数组，选用array.

另外，学习栈和堆后回顾一下array和内置数组、vector的存储原理。