vector的基础概念：类
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
int main() {
int a[6] = {1,2,4,5,6,7};
vector<int> v = { 1,3,6,8 };
cout << v.capacity() << endl;
v.push_back(8);
cout << v.capacity() << endl;
cout << "begin: ->" << *v.begin() << endl;
cout << "end: ->" << *(v.end()-1) << endl;
cout << "front: ->" << v.front() << endl;
cout << "back: ->" << v.back() << endl;
return 0;
}[ 10 ] [ 20 ] [ 30 ] [空位置]
↑ ↑ ↑
begin() end()-1 end()创建对象
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void printfVector(vector<int>& v) {
for (vector<int>::iterator iter = v.begin(); iter != v.end();iter++ ) {
cout << *iter << " ";
}
cout << endl;
}
int main() {
//1.默认构造函数()不会放入任何数据
vector<int> v1;
printfVector(v1);
//2初始化列表
vector<int> v2_1 = { 1,0,5,7 };
cout << "v2_1:";
printfVector(v2_1);
vector<int> v2_2({ 1,4,5,7 });
cout << "v2_2:";
printfVector(v2_2);
// 3.迭代器
vector<int> v3(v2_1.begin(), v2_1.end());
cout << "v3:";
printfVector(v3);
//4.全0初始化
vector<int> v4(8);
cout << "v4:";
printfVector(v4);
//5.vector<int> 变量名(a, b);申请a个空间的元素,每个元素的值初始化为 b
vector<int> v5(8, 6);
cout << "v5:";
printfVector(v5);
//6.拷贝构造函数
vector<int> v6(v2_2);
cout << "v6:";
printfVector(v6);
vector<int> v()
return 0;
}vector 赋值操作
#include <iostream>
#include <vector>
// 打印vector的函数定义
void printVector(const std::vector<int>& v) {
for (int num : v) {
std::cout << num << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
int main() {
std::vector<int> v1 = {1, 2, 3};
std::cout << "v1:";
printVector(v1);
// 1.赋值操作
vector<int> v1_1 = v1;
printVector(v1_1);
// 2. assign(迭代器)
std::vector<int> v2;
v2.assign(v1.begin(), v1.end());
std::cout << "v2:";
printVector(v2);
// 3. 初始化列表
std::vector<int> v3;
v3.assign({ 1,2,3,4,5,6 });
std::cout << "v3:";
printVector(v3);
// 4. 初始化 a 个 b
std::vector<int> v4;
v4.assign(8, 6);
std::cout << "v4:";
printVector(v4);
return 0;
}数据插入 数据删除
#include <iostream>
#include <vector>
// 打印vector的函数定义
void printVector(const std::vector<int>& v) {
for (int num : v) {
std::cout << num << " ";
}
std::cout << std::endl;
}
int main() {
std::vector<int> v;
for (int i = 0; i < 10; ++i) {
v.push_back(i);
}
printVector(v);
v.insert(v.begin(), 888);
printVector(v);
return 0;
}vector 扩容机制
当向 vector 添加元素（如 push_back、emplace_back、insert 等）导致当前元素数量（size）超过预分配的内存容量（capacity）时，自动扩容会被触发。
2. 扩容的基本步骤
-
分配新内存：分配一块更大的连续内存空间（通常是当前容量的倍数）。
-
迁移元素：将旧内存中的所有元素拷贝/移动到新内存中。
-
释放旧内存：销毁旧内存中的元素并释放内存。
-
更新指针：将内部指针指向新内存，更新
size和capacity。
3. 扩容的增长因子
std::vector<int> v;
for (int i=0; i<10; i++) {
v.push_back(i);
std::cout << "Size: " << v.size()
<< ", Capacity: " << v.capacity() << std::endl;
}不同编译器的实现策略不同，但核心目标是平衡时间和空间效率：
-
常见策略：容量按几何级数增长（如
2×或1.5×）。-
GCC (libstdc++)：扩容为当前容量的 2 倍。
-
MSVC (Visual Studio)：扩容为当前容量的 1.5 倍。
-
Clang (libc++)：类似 1.5 倍。
-
输出
-
Size:1, Capacity:1 Size:2, Capacity:2 Size:3, Capacity:4 Size:4, Capacity:4 Size:5, Capacity:8 ...（每次不足时容量翻倍）扩容的底层逻辑
-
CONSTEXPR20 size_type _Calculate_growth(const size_type _Newsize) const { const size_type _Oldcapacity = capacity(); // 获取当前容量 const auto _Max = max_size(); // 获取容器允许的最大容量 // 检查几何增长是否会导致溢出 if (_Oldcapacity > _Max - _Oldcapacity / 2) { return _Max; // 若溢出，直接返回最大允许容量 } // 计算几何增长后的容量（1.5倍） const size_type _Geometric = _Oldcapacity + _Oldcapacity / 2; // 检查几何增长是否足够容纳新元素 if (_Geometric < _Newsize) { return _Newsize; // 若1.5倍仍不足，直接返回所需大小 } return _Geometric; // 否则返回1.5倍扩容后的容量 }
vector 随机访问
-
#include <iostream> #include <vector> #include <stdexcept> // 用于捕获 out_of_range 异常 using namespace std; // 打印 vector 内容的函数 void printVector(const vector<int>& vec) { cout << "Vector elements: "; for (auto iter = vec.begin(); iter != vec.end(); ++iter) { cout << *iter << " "; } cout << endl; } int main() { vector<int> v = {9, 8, 7, 6, 5}; // 打印初始 vector printVector(v); // 输出: Vector elements: 9 8 7 6 5 // 使用下标访问 cout << "v[2]: " << v[2] << endl; // 输出: 7 // 使用 at() 访问 cout << "v.at(2): " << v.at(2) << endl; // 输出: 7 // 越界访问示例（注释掉的危险操作） // cout << v[12] << endl; // 未定义行为（可能崩溃或输出垃圾值） try { // cout << v.at(12) << endl; // 会抛出 out_of_range 异常 } catch (const out_of_range& e) { cerr << "异常捕获: " << e.what() << endl; // 输出: vector::_M_range_check: __n (which is 12) >= this->size() (which is 5) } // 访问首尾元素 cout << "front: " << v.front() << endl; // 输出: 9 cout << "back: " << v.back() << endl; // 输出: 5 return 0; }
vector 内存置换
- 内存的缩容 删除 其实都是使用swap()函数实现的
-
#include <iostream> #include <vector> #include <stdexcept> using namespace std; // 打印vector元素的工具函数 void printVector(const vector<int>& vec) { cout << "["; for (auto iter = vec.begin(); iter != vec.end(); ++iter) { cout << *iter; if (iter != vec.end() - 1) cout << ", "; } cout << "]" << endl; } int main() { // 1. 内存交换演示 cout << "\n===== 内存交换 =====" << endl; vector<int> v1 = {1,2,3,4,5}; vector<int> v2 = {9,8,7,6,5}; cout << "交换前:" << endl; cout << "v1: "; printVector(v1); // [1,2,3,4,5] cout << "v2: "; printVector(v2); // [9,8,7,6,5] v1.swap(v2); cout << "\n交换后:" << endl; cout << "v1: "; printVector(v1); // [9,8,7,6,5] cout << "v2: "; printVector(v2); // [1,2,3,4,5] // 2. 缩容演示 cout << "\n===== 缩容操作 =====" << endl; v1.resize(1000000); // 扩容到100万元素 v1.resize(5); // 缩小到5元素 cout << "直接resize后的容量: " << v1.capacity() << endl; // 输出约1000000 // 使用swap技巧缩容 vector<int>(v1).swap(v1); // 关键缩容操作 cout << "swap缩容后的容量: " << v1.capacity() << endl; // 输出5 vector<int> x(v1); // 拷贝构造 cout << "拷贝构造的容量: " << x.capacity() << endl; // 输出5 // 3. 内存清理演示 cout << "\n===== 内存清理 =====" << endl; v2.resize(1000000); // 扩容到100万元素 v2.clear(); // 清空元素 cout << "clear后的容量: " << v2.capacity() << endl; // 输出约1000000 vector<int>({}).swap(v2); // 强制释放内存 cout << "强制清理后的容量: " << v2.capacity() << endl; // 输出0 return 0; }
vector 空间预留
-
#include <iostream> #include <vector> using namespace std; int main() { vector<int> v; v.reserve(100); // 预分配容量为100 for (int i = 0; i < 100; ++i) { // 输出当前的 size 和 capacity（添加元素前） cout << "size = " << v.size() << ", " << "capacity = " << v.capacity() << endl; v.push_back(i); // 添加元素，size 增加1 } return 0; }高速删除(在不关心元素的顺序情况下)
-
#include <iostream> #include <vector> using namespace std; void rpmove1(vector<int>& v, int index) { v.erase(v.begin() + index); } void rpmove2(vector<int>& v, int index) { swap(v[index], v.back()); v.pop_back(); } void printVector(const vector<int>& v) { for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { cout << v[i] << " "; } cout << endl; } int main() { vector<int> v; // 测试 rpmove1 的性能 cout << "remove1 : "; for (int i = 0; i < 150006; ++i) { v.push_back(i); } for (int i = 0; i < 150000; ++i) { rpmove1(v, 4); // 持续删除索引4位置的元素 } cout << "结束" << endl; v.clear(); // 清空vector // 测试 rpmove2 的性能 cout << "remove2 : "; for (int i = 0; i < 150006; ++i) { v.push_back(i); } for (int i = 0; i < 150000; ++i) { rpmove2(v, 4); // 持续删除索引4位置的元素 } cout << "结束" << endl; return 0; }
vector 数据排序(sort函数的底层逻辑)
-
#include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> // 需要包含algorithm头文件用于sort函数 using namespace std; // 打印vector内容的函数 void printVector(const vector<int>& v) { for (int i = 0; i < v.size(); ++i) { cout << v[i] << " "; } cout << endl; } // 修正后的比较函数（降序排序） bool cmp(int a, int b) { return a > b; // 原代码的"< >"是错误写法，改为">"实现降序排列 } int main() { vector<int> v = { 9,8,7,1,2,3,4 }; sort(v.begin(), v.end(), cmp); printVector(v); // 输出：9 8 7 4 3 2 1 return 0; // return语句应该位于main函数内部 }快速排序
-
快速排序核心思想
快速排序通过 分治法 将数组拆分为更小的子数组，逐步排序。核心步骤是选择一个 基准值（pivot），将数组分为两部分：
-
左半部分：所有元素 ≤ 基准值。
-
右半部分：所有元素 > 基准值。
-
递归地对左右部分排序，最终合并为有序数组。
-
#include <iostream> using namespace std; // 分区函数：返回基准值的最终位置 int partition(int arr[], int low, int high) { int pivot = arr[high]; // 选择最后一个元素为基准（实际应优化） int i = low - 1; // i 是“小元素区”的右边界 for (int j = low; j < high; j++) { if (arr[j] <= pivot) { // 如果当前元素比基准小 i++; // 扩大“小元素区” swap(arr[i], arr[j]); // 把这个小元素扔到“小元素区” } } swap(arr[i + 1], arr[high]); // 把基准放到正确位置 return i + 1; // 返回基准的位置 } void quickSort(int arr[], int low, int high) { if (low < high) { int pi = partition(arr, low, high); // pi是基准的位置 quickSort(arr, low, pi - 1); // 排序左半部分 quickSort(arr, pi + 1, high); // 排序右半部分 } } int main() { int arr[] = {5, 3, 8, 4, 2}; int n = sizeof(arr) / sizeof(arr[0]); quickSort(arr, 0, n - 1); // 输出结果：2 3 4 5 8 for (int i = 0; i < n; i++) { cout << arr[i] << " "; } return 0; }插入排序 (Insertion Sort)
-
1. 实现原理
插入排序的核心思想是将数组分为 已排序 和 未排序 两部分，每次从未排序部分取出第一个元素，将其插入到已排序部分的正确位置。
具体步骤： -
初始时，已排序部分仅包含第一个元素。
-
遍历未排序部分的每个元素，将其与已排序部分的元素从后往前逐个比较。
-
若当前元素小于已排序元素，则将该元素后移一位，直到找到合适的位置插入。
-
void insertionSort(int arr[], int n) { for (int i = 1; i < n; ++i) { int key = arr[i]; int j = i - 1; // 将 key 插入到已排序部分的正确位置 while (j >= 0 && arr[j] > key) { arr[j + 1] = arr[j]; j--; } arr[j + 1] = key; } }
课后习题
-
#include <vector>
using namespace std;
class Solution {
public:
vector<int> getConcatenation(vector<int>& nums) {
int n = nums.size();
vector<int> ans(nums); // 初始化ans为nums的副本（前n个元素已正确）
ans.resize(2 * n); // 调整大小为2n，后n个元素初始化为0
for (int i = 0; i < n; ++i) {
ans[i + n] = nums[i]; // 覆盖后n个元素为nums的值
}
return ans;
}
};
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