C++ --- vector的使用
- 前言
- 1、构造函数
- 1.1默认构造
- 1.2n个val值构造
- 1.3迭代器区间构造
- 1.4拷贝构造
- 1.4初始化列表构造
- 2、遍历方式
- 2.1[ ] + 下标
- 2.2迭代器
- 2.3范围for
- 3、常用方法或重载
- （1）增
- push_back()
- insert()
- assign()
- （2）删
- erase()
- clear()
- pop_back()
- （3）查
- operator[ ]
- at()
- front() 与 back()
- data()
- （4）大小与容量
- size()
- resize()
- empty()
- capacity()
- reserve()
- shrink_to_fit
- （5）其他
- operator =
- ~vector< type > - - - (析构)
- 全局函数swap与成员函数swap
- 关系运算符重载
- emplace()与emplace_back()
前言
这次学习vector的使用，vector（矢量）就是数据结构中的顺序表。
其大体用法和string类似，没有string类的冗杂，可以说vector是string的精简。
vector是一个类模板，使用它时要指定其实际类型，例如：vector< int > v1;
1、构造函数
上述构造现在除开第五个右值引用不讲，下文讲述其他的构造。
参数列表的 const allocator_type& alloc = allocator_type() 是空间配置器（STL的六大组成之一），也就是内存池，只在极少数的情况下我们会自己去传递此参数，绝大多数情况就是使用底层实现好的内存池即可，所以不用管他，给定缺省值即可。
1.1默认构造
// 构造一个空对象
vector<int> v1;
1.2n个val值构造
// 开5个空间大小的vector，没有第二个参数则使用0进行初始化
vector<int> v2(5);
// 开10个空间大小的vector，使用2进行初始化
vector<int> v3(10, 2);
1.3迭代器区间构造
// 使用v3对象的迭代器区间进行构造
vector<int> v4(v3.begin(), v3.end());
1.4拷贝构造
// 拷贝构造
vector<int> v5(v4);
1.4初始化列表构造
// 初始化列表构造 --- 支持下面三种写法
vector<int> v6({ 10,20,30,40 });
vector<int> v6 = { 10,20,30,40 }; // 最常见的写法
vector<int> v6{ 10,20,30,40 };
这是C++11新引入的新特性。
在这里介绍一下它：
initializer list 是一个类模板，使得STL容器能够使用一对 { } 来初始化对象。
通过typeid可以观察这一表示方法的实际类型：
所以引申至vector，也可以使用一对 { } 来构造对象，而上述最常见的写法是一个单参数的隐式类型转化，先构造一个initializer list，再拷贝构造临时对象，最后编译器会对此过程优化，成为直接构造。
2、遍历方式
2.1[ ] + 下标
因为vector底层也是一个数组，所以它也可以和string一样使用"[ ] + 下标"的形式遍历对象。
//（1）[ ] + 下标
cout << "[]+下标：";
for (size_t i = 0; i < v.size(); i++)
{
cout << v[i] ;
}
cout << endl;
2.2迭代器
迭代器和string一模一样，begin指向首元素的位置，end指向最后一个元素的下一个位置，也就是一个左闭右开区间：[begin,end)，它俩相减就是此区间内的元素个数。
//（2）迭代器
cout << "正向迭代器：";
vector<int>::iterator it1 = v.begin();
vector<int>::iterator it2 = v.end();
while (it1 != it2)
{
cout << *it1;
++it1;
}
cout << endl;
cout << "反向迭代器：";
vector<int>::reverse_iterator it3 = v.rbegin();
vector<int>::reverse_iterator it4 = v.rend();
while (it3 != it4)
{
cout << *it3;
++it3;
}
cout << endl;
// const正向迭代器
// const反向迭代器
此外还有const正向迭代器和const反向迭代器，使用于const修饰的对象。
2.3范围for
范围for底层就是迭代器，支持迭代器也就支持范围for。
//（3）范围for
// 对于内置类型，不用加引用
cout << "范围for：";
for (auto e : v)
{
cout << e;
}
cout << endl;
// 对于自定义类型，比如string类型，要使用引用
vector<string> vs;
// push操作...
for(auto& e : vs)
{
cout << e;
}
为什么对于内置类型不用加引用，而自定义类型要加引用呢？
因为首先范围for的底层是迭代器，是讲对象的迭代器类似于拷贝给给e，提到拷贝，对于内置类型进行浅拷贝（拷贝成本低，是否使用引用影响不大），而对于自定义类型是进行的深拷贝，为了减少不必要的深拷贝操作，所以需要加上引用，若不是使用引用，则会调用拷贝构造，增加不必要的操作。
3、常用方法或重载
（1）增
push_back()
功能：在顺序表尾部插入一个元素。
例：
vector<int> v;
// push_back()
// 功能：在顺序表的末尾添加一个元素
v.push_back(1);
v.push_back(10);
v.push_back(100);
v.push_back(1000);
v.push_back(10000);
// 打印对象：
for (auto e : v)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
打印结果：
insert()
功能：在任意pos位置（迭代器）之前插入一个元素。
例：
// insert()
// 功能：在pos位置之前插入元素
// 在pos位置之前插入一个元素(1)： iterator insert(iterator position, const value_type & val);
// 在pos位置之前插入 n个元素(2)： void insert(iterator position, size_type n, const value_type & val);
// 在pos位置之前插入一段迭代器区间(3)：
// template <class InputIterator>
// void insert(iterator position, InputIterator first, InputIterator last);
vector<int> v1;
size_t j = 0;
for (int i = 20; i <= 40; i+=2)
{
v1.push_back(i);
cout << v1[j++] << " ";
}
// (1)在40位置之前插入39
v1.insert(v1.end() - 1, 39);
// (2)在22位置之前插入3个0
v1.insert(v1.begin() + 1, 3, 0);
// (3)在30位置之前插入v的迭代器区间
v1.insert(v1.begin() + 8, v.begin(), v.end());
for (auto e : v1)
{
cout << e << " ";
}
cout << endl;
cout << "--------------------------------------------------------" << endl;
运行结果：
这里的迭代器加减常数是确定插入的位置，begin()是首元素的迭代器，自然就是下标为0的位置，加几就是在那个位置之前插入插入数据，例如（3），由于（2）的原因，在30的数据之前又新插入了3个数据，所以下标从原来的5 -> 8，所以要在30之前插入数据，begin() + 8即可，
end()也是如此。
assign()
功能：填充顺序表或者替换现有顺序表内容。
例：
// asign()
// 功能：填充顺序表或者替换现有内容
// 插入一段迭代器区间(1)：
// template <class InputIterator>
// void assign(InputIterator first, InputIterator last);
// 增加n个val(2)： void assign(size_type n, const value_type & val);
vector<int> v4;
// 向空的对象增加数据
v4.assign(5, 3); // n个val
v4.assign(v.begin(), v.end()); // 迭代器区间
cout << endl;
cout << "--------------------------------------------------------" << endl;
运行结果：
对于assign()接口，对一个空的对象使用则是添加数据，上述两种方式都可以，但是若此对象不是空对象，则会变成替换功能，也就是先清空数据，再添加数据。例如上述代码中的assign()，第一次是对v4对象初始化，后面的一次assign()是对v4对象的内容进行替换。
（2）删
erase()
功能：删除pos位置（迭代器）的元素。
例：
// evase()
// 功能：删除pos位置（迭代器）的元素。
// 删除pos位置的数据：iterator erase(iterator position);
// 删除一段迭代器区间：iterator erase(iterator first, iterator last);
vector<int> v2;
for (int i = 0; i < 10; i++)
{
v2.push_back(i);
}
// 删除pos位置的数据 --- 参数使用迭代器
vector<int>::iterator it1 = v2.begin();
v2.erase(it1 + 5); // 删除5
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
// 删除一段迭代器区间 --- 参数使用迭代器
vector<int>::iterator it1 = v2.begin();
vector<int>::iterator it2 = v2.end();
v2.erase(it1 + 6 ,it2); // 删除6~9
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
// 最常用方法： 结合find删除指定元素
// vector<int>::iterator pos = find(v2.begin(), v2.end(), 5);
auto pos = find(v2.begin(), v2.end(), 5);
v2.erase(pos);
for (auto e : v2)
{
cout << e << " ";
}
运行结果：
删除5：
删除6~9：
结合find()删除元素5：
vector和string有些不同，find()接口是调用的算法库里面的find方法，vector自身模板类是没有实现find接口的，下面介绍一下算法库的find()：
std::find
template <class InputIterator, class T>
InputIterator find (InputIterator first, InputIterator last, const T& val);
参数列表是迭代器区间和一个目标值，返回值是一个此目标值的迭代器。
clear()
功能：清除对象的整个资源，不删除空间。
例：
// 功能：清空资源，不是删除空间
v2.clear();
pop_back()
功能：删除顺序表的最后一个元素。
例：
// pop_back()
// 功能：删除顺序表的最后一个元素
vector<int> v3;
v3.push_back(1);
v3.push_back(2);
v3.push_back(3);
v3.push_back(4);
v3.push_back(5);
cout << "删除前：";
for (auto e : v3)
{
cout << e;
}
cout << endl;
v3.pop_back();
cout << "删除后：";
for (auto e : v3)
{
cout << e;
}
运行结果：
（3）查
operator[ ]
功能：返回指定下标位置的元素。
例：
// operator[ ]
// 功能：返回指定下标位置的数据
vector<int> v4;
v4.push_back(1);
v4.push_back(2);
v4.push_back(3);
v4.push_back(4);
v4.push_back(5);
// 对下标为0的元素加1
cout << ++v4[0] << endl; // 1 -> 2
此重载对于非法位置进行访问时会进行assert断言检查错误。
越界操作：
程序会直接崩溃。
at()
功能：返回指定下标位置的元素。
例：
vector<int> v4;
v4.push_back(1);
v4.push_back(2);
v4.push_back(3);
v4.push_back(4);
v4.push_back(5);
// 对下标为4的元素加1
cout << ++v4.at(4) << endl; // 5 -> 6
注意，此方法对于越界操作的检查是使用抛异常，和[ ] 不一样。
越界操作：
会抛出 invalid vector subscript 也就是无效向量下标的异常。
front() 与 back()
功能：返回对象首元素和返回对象尾元素。
例：
// front()
// 功能：返回对象的首元素
cout << v4.front() << endl; // 1
// back()
// 功能：返回对象的尾元素。
cout << v4.back() << endl; // 5
data()
功能：返回对象底层指向数组的指针。
例：
// data()
// 功能：返回底层指向数组的指针。
cout << v4.data();
（4）大小与容量
size()
功能：查看顺序表对象的大小
例：
//（1）size()
// 功能：查看顺序表对象的大小
vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(1);
v.push_back(1);
v.push_back(1);
v.push_back(1);
cout << v.size(); // size = 5
resize()
功能：调整对象的大小。
例：
//（6）resize()
// 功能：调整对象的大小
vector<int> v5 = { 1,2,3,4,5,6,7 };
// n < size --- 缩小至给定大小，并且多余数据也会同步删除
v5.resize(3);
// n > size --- 扩大至给定大小，若没有第二个参数，则默认为0，有则使用指定的值
v5.resize(10); // 未指定
v5.resize(10, 8); // 指定
调试观察：
n < size：
n > size，指定val：
n > size，未指定val：
注意，当 n < capacity时，容量大小不会变化，而当 n > capacity时，capacity也会相应的增加到指定的n值。
empty()
功能：检查对象的大小是否为空。
例：
//（5）empty()
//功能：检查对象的大小是否为空，为空则返回真（true），反之返回假（false）
vector<int> v4;
// 对空对象
bool b1 = v4.empty();
cout << b1 << endl; // 1 --- true
// 对非空对象
v4.push_back(1);
bool b2 = v4.empty();
cout << b2 << endl; // 0 --- false
capacity()
功能：查看顺序表对象此时的容量大小。
例：
//（2）capacity()
// 功能：查看顺序表对象此时的容量大小
vector<int> v2;
// 记录起始的容量大小
size_t temp = v2.capacity();
for (size_t i = 0; i < 100; i++)
{
// 向空对象push数据
v2.push_back(i);
// != 则说明扩容了 --- 输出它观察
if (temp != v2.capacity())
{
cout << v2.capacity() << endl;
// 再将扩容后大小赋值给给temp，重复操作
temp = v2.capacity();
}
}
运行结果：
综上运行结果，可以观察出vector的底层扩容机制是1.5倍扩容，这和string的底层扩容是一样的。
reserve()
功能：只会扩容，会将容量扩至给定的大小，不会缩容。
例：
//（3）reserve()
// 功能：进行扩容，会将容量扩至给定的大小。
vector<int> v3 = { 1,2,3,4,5 };
cout << "扩容前：" << v3.capacity() << endl;
v3.reserve(100);
cout << "扩容后：" << v3.capacity() << endl;
运行结果：
注意，此接口和string的reserve就不一样了，若给定的容量值小于capacity时，vector是不会进行缩容的，它只有扩容的功能，尽管string面对给定的容量值小于capacity时，是一个不受约束力的请求，没有vector这样限制死。
shrink_to_fit
功能：进行缩容，缩至适应的大小。
例：
//（4）shrink_to_fit()
// 功能：缩容。
v3.shrink_to_fit(); // 对于上述reserve后的v3进行缩容
运行结果：
但是缩容的代价是很大的，并不是直接对原空间进行缩小容量，而是在同一空间区域内找到符合缩容后的空间，将原空间内的数据拷贝进新空间，再将原空间释放，不怎么推荐使用此接口。
（5）其他
operator =
功能：拷贝。
例：
// operator =
// 功能：拷贝
// 拷贝同类型对象(1)： vector& operator= (const vector & x);
// 初始化列表(3)： vector& operator= (initializer_list<value_type> il);
vector<int> v;
vector<int> v1;
v = v1;
v = { 1,2,3,4,5 };
常用的就是使用初始化列表进行构造。
~vector< type > - - - (析构)
功能：清理对象的资源，不是销毁空间。
全局函数swap与成员函数swap
功能：交换两个对象，使用谁效果都差不多。
关系运算符重载
功能：对两个对象进行大小比较。
emplace()与emplace_back()
功能：emplace()和insert()相似，emplace_back()和push_back()相似。
在功能上两者没有什么较大的区别，但是在底层的实现上emplace与emplace_back要复杂的多。
所以在这里只演示怎么使用，不讲述底层机制。
例：
// emplace() 与 emplace_back()
// 功能：emplace()和insert()相似，
// emplace_back()和push_back()相似
// 在功能上两者没有什么较大的区别，但是在底层的实现上emplace与emplace_back要复杂的多。
// 所以在这里只演示怎么使用，不讲述底层机制。
struct A
{
// 构造函数
A(int a1, int a2)
:_a1(a1)
,_a2(a2)
{
cout << "A(int a1, int a2)" << endl;
}
// 拷贝构造
A(const A& aa)
:_a1(aa._a1)
,_a2(aa._a2)
{
cout << "A(const A& aa)" << endl;
}
int _a1;
int _a2;
};
vector<A> v3;
A aa1(1, 3);
cout << "-----------" << endl;
// 使用有名对象
v3.push_back(aa1);
v3.emplace_back(aa1);
cout << "-----------" << endl;
// 使用匿名对象
v3.push_back(A(3, 3));
v3.emplace_back(A(3, 3));
cout << "-----------" << endl;
// 使用多参数的隐式类型转化
v3.push_back({ 3,3 }); // 多参数需要使用{ }
//v3.emplace_back({ 3, 3 }); // 对于emplace_back这种写法是不行的
cout << "-----------" << endl;
// 但是可以这样：
// 直接传构造成员的参数，这种效率较高
v3.emplace_back(3, 3);
运行结果：
除了最后一种用法，其余用法效率上和push_back()是差不多的。
并且对于上述多成员变量的类型，遍历的时候也是有一些不同的。
例：
// C++11 --- 范围for
for (auto& e : v3)
{
cout << e._a1 << "," << e._a2 << endl;
}
// C++17 --- 结构化绑定
for (auto& [x,y] : v3)
{
cout << x << "," << y << endl;
}
由于上述第一种写法是将v3的迭代器指向的元素拷贝给给e，中间进行了一次拷贝构造，所以这里可以加上引用，代表e是v3迭代器指向的元素的别名，不用经历中间的拷贝操作。并且e是数组的元素，元素是A类型的数据，所以遍历需要访问其中的成员。
上述第二种写法是C++17里面的结构化绑定，其实机理和C++11的e是差不多的，能够将其对象的参数直接写在[ ]内，进行拷贝，从而遍历对象直接输出[ ]内部的参数（此参数名称可随便取）即可，由于中间也有拷贝操作，所以也需要加上引用，以减少拷贝操作。
