C++ STL之vector详解
转自http://blog.sina.com.cn/s/blog_9f1c0931010180cy.html
Vectors
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>
构造函数。
内存管理与效率
1.使用reserve()函数提前设定容量大小，避免多次容量扩充操作导致效率低下。
关于STL容器，最令人称赞的特性之一就是是只要不超过它们的最大大小，它们就可以自动增长到足以容纳你放进去的数据。（要知道这个最大值，只要调用名叫max_size的成员函数。）对于vector和string，如果需要更多空间，就以类似realloc的思想来增长大小。vector容器支持随机访问，因此为了提高效率，它内部使用动态数组的方式实现的。在通过 reserve() 来申请特定大小的时候总是按指数边界来增大其内部缓冲区。当进行insert或push_back等增加元素的操作时，如果此时动态数组的内存不够用，就要动态的重新分配当前大小的1.5~2倍的新内存区，再把原数组的内容复制过去。所以，在一般情况下，其访问速度同一般数组，只有在重新分配发生时，其性能才会下降。正如上面的代码告诉你的那样。而进行pop_back操作时，capacity并不会因为vector容器里的元素减少而有所下降，还会维持操作之前的大小。对于vector容器来说，如果有大量的数据需要进行push_back，应当使用reserve()函数提前设定其容量大小，否则会出现许多次容量扩充操作，导致效率低下。
reserve成员函数允许你最小化必须进行的重新分配的次数，因而可以避免真分配的开销和迭代器/指针/引用失效。但在我解释reserve为什么可以那么做之前，让我简要介绍有时候令人困惑的四个相关成员函数。在标准容器中，只有vector和string提供了所有这些函数。
(1) size()告诉你容器中有多少元素。它没有告诉你容器为它容纳的元素分配了多少内存。
(2) capacity()告诉你容器在它已经分配的内存中可以容纳多少元素。那是容器在那块内存中总共可以容纳多少元素，而不是还可以容纳多少元素。如果你想知道一个vector或string中有多少没有被占用的内存，你必须从capacity()中减去size()。如果size和capacity返回同样的值，容器中就没有剩余空间了，而下一次插入（通过insert或push_back等）会引发上面的重新分配步骤。
(3) resize(Container::size_type n)强制把容器改为容纳n个元素。调用resize之后，size将会返回n。如果n小于当前大小，容器尾部的元素会被销毁。如果n大于当前大小，新默认构造的元素会添加到容器尾部。如果n大于当前容量，在元素加入之前会发生重新分配。
(4) reserve(Container::size_type n)强制容器把它的容量改为至少n，提供的n不小于当前大小。这一般强迫进行一次重新分配，因为容量需要增加。（如果n小于当前容量，vector忽略它，这个调用什么都不做，string可能把它的容量减少为size()和n中大的数，但string的大小没有改变。在我的经验中，使用reserve来从一个string中修整多余容量一般不如使用“交换技巧”，那是条款17的主题。）
Vectors 包含着一系列连续存储的元素,其行为和数组类似。访问Vector中的任意元素或从末尾添加元素都可以在常量级时间复杂度内完成，而查找特定值的元素所处的位置或是在Vector中插入元素则是线性时间复杂度。
函数列表如下:
Constructors 构造函数
Operators 对vector进行赋值或比较
assign() 对Vector中的元素赋值
at() 返回指定位置的元素
back() 返回最末一个元素
begin() 返回第一个元素的迭代器
capacity() 返回vector所能容纳的元素数量(在不重新分配内存的情况下）
clear() 清空所有元素
empty() 判断Vector是否为空（返回true时为空）
end() 返回最末元素的迭代器(译注:实指向最末元素的下一个位置)
erase() 删除指定元素
front() 返回第一个元素
get_allocator() 返回vector的内存分配器
insert() 插入元素到Vector中
max_size() 返回Vector所能容纳元素的最大数量（上限）
pop_back() 移除最后一个元素
push_back() 在Vector最后添加一个元素
rbegin() 返回Vector尾部的逆迭代器
rend() 返回Vector起始的逆迭代器
reserve() 设置Vector最小的元素容纳数量
resize() 改变Vector元素数量的大小
size() 返回Vector元素数量的大小
swap() 交换两个Vector
////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
函数详细说明
构造函数
语法:
vector();
vector( size_type num, const TYPE &val );
vector( const vector &from );
vector( input_iterator start, input_iterator end );
C++ Vectors可以使用以下任意一种参数方式构造:
无参数 - 构造一个空的vector,
数量(num)和值(val) - 构造一个初始放入num个值为val的元素的Vector
vector(from) - 构造一个与vector from 相同的vector
迭代器(start)和迭代器(end) - 构造一个初始值为[start,end)区间元素的Vector(注:半开区间).
举例,下面这个实例构造了一个包含5个值为42的元素的Vector
vector<int> v1( 5, 42 );
运算符
语法:
v1 == v2
v1 != v2
v1 <= v2
v1 >= v2
v1 < v2
v1 > v2
v[]
C++ Vectors能够使用标准运算符: ==, !=, <=, >=, <, 和 >. 要访问vector中的某特定位置的元素可以使用 [] 操作符.
两个vectors被认为是相等的,如果:
它们具有相同的容量
所有相同位置的元素相等.
vectors之间大小的比较是按照词典规则.
assign函数
语法:
void assign( input_iterator start, input_iterator end );
void assign( size_type num, const TYPE &val );
assign() 函数要么将区间[start, end)的元素赋到当前vector,或者赋num个值为val的元素到vector中.这个函数将会清除掉为vector赋值以前的内容.
at函数
语法:
TYPE at( size_type loc );
at() 函数 返回当前Vector指定位置loc的元素的引用. at() 函数 比 [] 运算符更加安全, 因为它不会让你去访问到Vector内越界的元素. 例如, 考虑下面的代码:
vector<int> v( 5, 1 );
for( int i = 0; i < 10; i++ ) {
cout << "Element " << i << " is " << v[i] << endl;
}
这段代码访问了vector末尾以后的元素,这将可能导致很危险的结果.以下的代码将更加安全:
vector<int> v( 5, 1 );
for( int i = 0; i < 10; i++ ) {
cout << "Element " << i << " is " << v.at(i) << endl;
}
取代试图访问内存里非法值的作法,at() 函数能够辨别出访问是否越界并在越界的时候抛出一个异常out_of_range.
back 函数
语法:
TYPE back();
back() 函数返回当前vector最末一个元素的引用.例如:
vector<int> v;
for( int i = 0; i < 5; i++ ) {
v.push_back(i);
}
cout << "The first element is " << v.front()
<< " and the last element is " << v.back() << endl;
这段代码产生如下结果:
The first element is 0 and the last element is 4
begin 函数
语法:
iterator begin();
begin()函数返回一个指向当前vector起始元素的迭代器.例如,下面这段使用了一个迭代器来显示出vector中的所有元素:
vector<int> v1( 5, 789 );
vector<int>::iterator it;
for( it = v1.begin(); it != v1.end(); it++ )
cout << *it << endl;
capacity 函数
语法:
size_type capacity();
capacity() 函数 返回当前vector在重新进行内存分配以前所能容纳的元素数量.
clear 函数
语法:
void clear();
clear()函数删除当前vector中的所有元素.
empty 函数
语法:
bool empty();
如果当前vector没有容纳任何元素,则empty()函数返回true,否则返回false.例如,以下代码清空一个vector,并按照逆序显示所有的元素:
vector<int> v;
for( int i = 0; i < 5; i++ ) {
v.push_back(i);
}
while( !v.empty() ) {
cout << v.back() << endl;
v.pop_back();
}
end 函数
语法:
iterator end();
end() 函数返回一个指向当前vector末尾元素的下一位置的迭代器.注意,如果你要访问末尾元素,需要先将此迭代器自减1.
erase 函数
语法:
iterator erase( iterator loc );
iterator erase( iterator start, iterator end );
erase函数要么删作指定位置loc的元素,要么删除区间[start, end)的所有元素.返回值是指向删除的最后一个元素的下一位置的迭代器.例如:
// 创建一个vector,置入字母表的前十个字符
vector<char> alphaVector;
for( int i=0; i < 10; i++ )
alphaVector.push_back( i + 65 );
int size = alphaVector.size();
vector<char>::iterator startIterator;
vector<char>::iterator tempIterator;
for( int i=0; i < size; i++ )
{
tartIterator = alphaVector.begin();
alphaVector.erase( startIterator );
// Display the vector
for( tempIterator = alphaVector.begin(); tempIterator != alphaVector.end(); tempIterator++ )
cout << *tempIterator;
cout << endl;
}
这段代码将会显示如下输出:
BCDEFGHIJ
CDEFGHIJ
DEFGHIJ
EFGHIJ
FGHIJ
GHIJ
HIJ
IJ
J
front 函数
语法:
TYPE front();
front()函数返回当前vector起始元素的引用
get_allocator 函数
语法:
allocator_type get_allocator();
get_allocator() 函数返回当前vector的内存分配器.在STL里面一般不会调用new或者alloc来分配内存,而且通过一个allocator对象的相关方法来分配.
示例:vector<int>v3( 3, 1, v2.get_allocator( ));//把V2的内存分配器作为一个参数参与构造V3。这样，它们两个用一个内存分配器了。
insert 函数
语法:
iterator insert( iterator loc, const TYPE &val );
void insert( iterator loc, size_type num, const TYPE &val );
void insert( iterator loc, input_iterator start, input_iterator end );
insert() 函数有以下三种用法:
在指定位置loc前插入值为val的元素,返回指向这个元素的迭代器,
在指定位置loc前插入num个值为val的元素
在指定位置loc前插入区间[start, end)的所有元素 .
举例:
//创建一个vector,置入字母表的前十个字符
vector<char> alphaVector;
for( int i=0; i < 10; i++ )
alphaVector.push_back( i + 65 );
//插入四个C到vector中
vector<char>::iterator theIterator = alphaVector.begin();
alphaVector.insert( theIterator, 4, 'C' );
//显示vector的内容
for( theIterator = alphaVector.begin(); theIterator != alphaVector.end(); theIterator++ )
cout << *theIterator;
这段代码将显示:
CCCCABCDEFGHIJ
max_size 函数
语法:
size_type max_size();
max_size() 函数返回当前vector所能容纳元素数量的最大值(译注:包括可重新分配内存).
pop_back
语法:
void pop_back();
pop_back()函数删除当前vector最末的一个元素,例如:
vector<char> alphaVector;
for( int i=0; i < 10; i++ )
alphaVector.push_back( i + 65 );
int size = alphaVector.size();
vector<char>::iterator theIterator;
for( int i=0; i < size; i++ ) {
alphaVector.pop_back();
for( theIterator = alphaVector.begin(); theIterator != alphaVector.end(); theIterator++ )
cout << *theIterator;
cout << endl;
}
这段代码将显示以下输出:
ABCDEFGHI
ABCDEFGH
ABCDEFG
ABCDEF
ABCDE
ABCD
ABC
AB
A
push_back 函数
语法:
void push_back( const TYPE &val );
push_back()添加值为val的元素到当前vector末尾
rbegin 函数
语法:
reverse_iterator rbegin();
rbegin函数返回指向当前vector末尾的逆迭代器.(译注:实际指向末尾的下一位置,而其内容为末尾元素的值,详见逆代器相关内容)
示例:
vector<int>v1;
for(int i=1;i<=5;i++)
{
v1.push_back(i);
}
vector<int>::reverse_iterator pos;
pos=v1.rbegin();
cout<<*pos<<" ";
pos++;
cout<<*pos<<endl;
输出结果为:5 4
rend 函数
语法:
reverse_iterator rend();
rend()函数返回指向当前vector起始位置的逆迭代器.
示例:
vector<int>v1;
for(int i=1;i<=5;i++)
{
v1.push_back(i);
}
vector<int>::reverse_iterator pos;
pos=v1.rend();
pos--;
cout<<*pos<<" ";
pos--;
cout<<*pos<<endl;
输出结果为:1 2
reserve 函数
语法:
void reserve( size_type size );
reserve()函数为当前vector预留至少共容纳size个元素的空间.(译注:实际空间可能大于size)
resize 函数
语法:
void resize( size_type size, TYPE val );
resize() 函数改变当前vector的大小为size,且对新创建的元素赋值val
resize 与reserve的区别
reserve是容器预留空间，但并不真正创建元素对象，在创建对象之前，不能引用容器内的元素，因此当加入新的元素时，需要用push_back()/insert()函数。
resize是改变容器的大小，并且创建对象，因此，调用这个函数之后，就可以引用容器内的对象了，因此当加入新的元素时，用operator[]操作符，或者用迭代器来引用元素对象。再者，两个函数的形式是有区别的，reserve函数之后一个参数，即需要预留的容器的空间；resize函数可以有两个参数，第一个参数是容器新的大小，第二个参数是要加入容器中的新元素，如果这个参数被省略，那么就调用元素对象的默认构造函数。
初次接触这两个接口也许会混淆，其实接口的命名就是对功能的绝佳描述，resize就是重新分配大小，reserve就是预留一定的空间。这两个接口即存在差别，也有共同点。下面就它们的细节进行分析。
为实现resize的语义，resize接口做了两个保证：
一是保证区间[0, new_size)范围内数据有效，如果下标index在此区间内，vector[indext]是合法的。
二是保证区间[0, new_size)范围以外数据无效，如果下标index在区间外，vector[indext]是非法的。
reserve只是保证vector的空间大小(capacity)最少达到它的参数所指定的大小n。在区间[0, n)范围内，如果下标是index，vector[index]这种访问有可能是合法的，也有可能是非法的，视具体情况而定。
resize和reserve接口的共同点是它们都保证了vector的空间大小(capacity)最少达到它的参数所指定的大小。
因两接口的源代码相当精简，以至于可以在这里贴上它们：
void resize(size_type new_size) { resize(new_size, T()); }
void resize(size_type new_size, const T& x) {
if (new_size < oldsize)
erase(oldbegin + new_size, oldend); // erase区间范围以外的数据，确保区间以外的数据无效
else
insert(oldend, new_size - oldsize, x); // 填补区间范围内空缺的数据，确保区间内的数据有效
示例:
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void main()
{
vector<int>v1;
for(int i=1;i<=3;i++)
{
v1.push_back(i);
}
v1.resize(5,8);//多出的两个空间都初始化为8，
for(i=0;i<v1.size();i++)//resize与reserver并不会删除原先的元素以释放空间
{
cout<<v1[i]<<" ";
}
cout<<endl;
v1.reserve(7);// 新元素还没有构造,
for(i=0;i<7;i++)
{
cout<<v1[i]<<" ";//当i>4,此时不能用[]访问元素
}
cout<<endl;
cout<<v1.size()<<endl;
cout<<v1.capacity()<<endl;
}
输出结果为:
1 2 3 8 8
1 2 3 8 8 -842150451 -842150451
5
7
size 函数
语法:
size_type size();
size() 函数返回当前vector所容纳元素的数目
swap 函数
语法:
void swap( vector &from );
swap()函数交换当前vector与vector from的元素
示例:
vector<int>v1,v2;
for(int i=1;i<=3;i++)
{
v1.push_back(i);
v2.push_back(i);
}
v2.push_back(4);
v2.push_back(5);
v1.swap(v2);
for(int j=0;j<v1.size();j++)
{
cout<<v1[j]<<" ";
}
cout<<endl;
for(int k=0;k<v2.size();k++)
{
cout<<v2[k]<<" ";
}
cout<<endl;
输出结果为:
1 2 3 4 5
1 2 3
