【C++指南】vector（一）：从入门到详解

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文章目录

• 一、默认成员函数
  • 1. 默认构造函数
  • 2. 元素数量构造函数
  • 3. 迭代器范围构造函数
  • 4. 初始化列表构造函数（C++11 起）
  • 5. 拷贝构造函数与赋值运算符
• 二、迭代器相关函数
  • 1. 基础迭代器
  • 2. 常量迭代器（C++11 起）
• 三、容量管理函数
  • 1. 容量与大小控制
  • 2. 动态调整函数
    • `resize(n, val)` vs `resize(n)`
    • `reserve(n)` vs `shrink_to_fit()`
• 四、元素访问函数
  • 1. 下标访问与安全访问
  • 2. 首尾元素访问
  • 3. 底层数据指针 `data()`
• 五、修改操作函数
  • 1. 尾部操作
  • 2. 插入与删除
    • `insert` 的多个重载版本
    • `erase` 的用法
  • 3. 内容替换与清空
• 六、使用建议和注意事项

std::vector 是 C++ STL 中最核心的动态数组容器，支持高效随机访问和动态扩容。本文从 基础用法 和 深度优化 两个维度，系统解析其构造函数、迭代器、容量管理、元素访问和修改操作，涵盖函数重载、参数差异及相似函数对比，并提供丰富的代码示例。

一、默认成员函数

1. 默认构造函数

• 语法：vector<T> vec;
• 行为：创建空容器，容量为 0，不分配内存。

示例：

std::vector<int> vec;// 空 vector

2. 元素数量构造函数

• 语法：vector<T> vec(n, val);
• 行为：
  • vector<T> vec(n)：创建包含 n 个默认初始化元素的容器（如 int 初始化为 0）。
  • vector<T> vec(n, val)：创建包含 n 个值为 val 的元素的容器。

示例：

std::vector<int>vec1(5);// {0, 0, 0, 0, 0} std::vector<int>vec2(3,10);// {10, 10, 10}

3. 迭代器范围构造函数

• 语法：vector<T> vec(iter_start, iter_end);
• 行为：用其他容器的迭代器范围初始化 vector。

示例：

std::list<int> lst ={1,2,3}; std::vector<int>vec(lst.begin(), lst.end());// {1, 2, 3}

4. 初始化列表构造函数（C++11 起）

• 语法：vector<T> vec{1, 2, 3};
• 行为：直接通过列表初始化元素。

示例：

std::vector<int> vec ={4,5,6};// {4, 5, 6}

5. 拷贝构造函数与赋值运算符

• 行为：深拷贝容器内容，新旧容器完全独立。

示例：

std::vector<int> vec1 ={1,2,3}; std::vector<int>vec2(vec1);// 拷贝构造 vec2 = vec1;// 赋值操作

语法：

vector<T>vec2(vec1);// 拷贝构造 vec2 = vec1;// 赋值运算符

二、迭代器相关函数

1. 基础迭代器

2. 常量迭代器（C++11 起）

示例：

std::vector<int> vec ={10,20,30};// 正向遍历for(auto it = vec.begin(); it != vec.end();++it){ std::cout <<*it <<" ";// 输出：10 20 30}// 常量反向遍历for(auto crit = vec.crbegin(); crit != vec.crend();++crit){ std::cout <<*crit <<" ";// 输出：30 20 10}

三、容量管理函数

1. 容量与大小控制

2. 动态调整函数

resize(n, val) vs resize(n)

• 行为差异：
  • resize(5)：若原大小为 3，新增 2 个默认值元素（如 int 为 0）。
  • resize(5, 10)：新增的 2 个元素值为 10。
  • 若 n < size()，超出部分的元素被销毁，但 容量不变。
  • 若n>capacity()，将会引发扩容

语法：

voidresize(size_t n);// 默认值填充voidresize(size_t n, T val);// 指定值填充

示例：

std::vector<int> vec ={1,2,3}; vec.resize(5);// {1, 2, 3, 0, 0} vec.resize(3);// {1, 2, 3}（容量仍可能为 5） vec.resize(5,10);// {1, 2, 3, 10, 10}

reserve(n) vs shrink_to_fit()

• reserve(n)：预分配至少 n 个元素的内存，避免频繁扩容。
• shrink_to_fit()：请求释放未使用的内存，但 不保证容量等于 size()。该函数谨慎使用因为动态申请的内存不支持分段释放，缩容实际上是开辟了新的空间，释放了原有的空间，会有一定的效率牺牲

示例：

std::vector<int> vec; vec.reserve(100);// 容量为 100 vec.push_back(1); vec.shrink_to_fit();// 容量可能变为 1（具体由实现决定）

四、元素访问函数

1. 下标访问与安全访问

示例：

std::vector<int> vec ={10,20,30};int a = vec[3];// 未定义行为（可能崩溃或返回垃圾值）int b = vec.at(3);// 抛出异常：std::out_of_range

2. 首尾元素访问

对比 front() 和 begin()：

• front() 返回元素引用，begin() 返回迭代器。

std::vector<int> vec ={1,2,3}; vec.front()=10;// 直接修改首元素auto it = vec.begin();*it =20;// 通过迭代器修改

3. 底层数据指针 data()

• 语法：T* data();
• 行为：返回指向底层数组的指针（C++11 起支持）。

示例：

std::vector<int> vec ={1,2,3};int* arr = vec.data();// 获取指针 arr[0]=10;// 直接修改元素

五、修改操作函数

1. 尾部操作

push_back vs emplace_back：

• push_back：需构造临时对象，再拷贝或移动到容器。
• emplace_back：直接通过参数在容器内构造对象，效率更高。

示例：

classData{public:Data(int a,double b){/* ... */}}; std::vector<Data> vec; vec.push_back(Data(1,2.0));// 构造临时对象，再移动 vec.emplace_back(1,2.0);// 直接在容器内构造

2. 插入与删除

insert 的多个重载版本

示例：

std::vector<int> vec ={1,2,3}; vec.insert(vec.begin()+1,5);// {1, 5, 2, 3} vec.insert(vec.begin(),2,10);// {10, 10, 1, 5, 2, 3} std::list<int> lst ={7,8}; vec.insert(vec.end(), lst.begin(), lst.end());// 末尾追加 7, 8

语法：

iterator insert(iterator pos,const T& val);// 插入单个元素voidinsert(iterator pos, size_t n,const T& val);// 插入 n 个相同元素voidinsert(iterator pos, InputIt first, InputIt last);// 插入迭代器范围//此范围包含 first 指向的元素，但不包含 last 指向的元素

erase 的用法

示例：

std::vector<int> vec ={1,2,3,4,5}; vec.erase(vec.begin());// {2, 3, 4, 5} vec.erase(vec.begin(), vec.begin()+2);// {4, 5}

语法：

iterator erase(iterator pos);// 删除单个元素 iterator erase(iterator first, iterator last);// 删除范围元素

3. 内容替换与清空

assign 的重载版本：

std::vector<int> vec; vec.assign(3,5);// {5, 5, 5}（填充 n 个值） vec.assign({1,2,3});// {1, 2, 3}（初始化列表） std::list<int> lst ={7,8}; vec.assign(lst.begin(), lst.end());// {7, 8}（迭代器范围）

六、使用建议和注意事项

1. 构造函数选择：
   • 默认构造用 vector<T> vec;，预分配内存用 vector(n)，列表初始化用 {}。
2. 容量管理：
   • 频繁添加元素时优先 reserve()，可以减少频繁扩容的效率降低
3. 元素访问：
   • 安全场景用 operator[]，需异常处理时用 at()。
4. 修改操作：
   • 优先 emplace_back 减少拷贝，批量插入用 insert 的重载版本。
5. 迭代器使用：
   • 常量遍历用 cbegin()/cend()，反向遍历用 rbegin()/rend()。

通过合理选择函数重载和参数，可以显著提升代码的效率和健壮性。

本文完

下篇文章将为读者讲解vector的底层原理和模拟实现