C++ vector 是 STL 中最常用的动态数组容器，支持随机访问与自动扩容。文章涵盖核心特性、初始化方式、常用成员函数（push_back、erase 等）、内存管理机制（reserve、reallocation）及迭代器失效处理。深入解析底层指针结构、不同编译器扩容策略、自定义类型交互及异常安全性。提供优化技巧如 emplace_back 替代 push_back、批量操作及缓存优化，并对比 list、deque 等容器选型。包含完整示例代码与常见避坑指南，适合 C++ 开发者掌握高效用法。
vector 是 C++ 标准模板库（STL）中最常用、最核心的容器之一，本质是动态数组。它既保留了静态数组的随机访问优势，又解决了静态数组长度固定的缺陷，支持自动扩容、动态增删元素，是日常开发中替代原始数组的首选工具。
vector 底层基于连续的内存空间实现（与静态数组一致），内部维护三个关键指针（C++11 后为迭代器）：
begin()：指向数组首元素的指针；end()：指向数组尾元素的下一个位置的指针（即'尾后迭代器'）；capacity() 对应的指针：指向当前内存块的末尾（即已分配内存的最后位置）。[] 下标访问和 at() 访问，时间复杂度 O(1)；data() 方法获取底层连续内存的指针。list 或 deque。vector 是模板类，定义时需指定元素类型（如 int、string、自定义结构体），语法为 std::vector<T>（需包含头文件 <vector>）。
#include <vector>
using namespace std;
| 初始化方式 | 语法示例 | 说明 |
|---|---|---|
| 默认初始化 | vector<int> v; | 空 vector，size=0 |
| 指定大小 | vector<int> v(5); | 初始化为 5 个元素，默认值为 0 |
| 指定大小 + 初始值 | vector<int> v(5, 10); | 5 个元素，每个元素值为 10 |
| 列表初始化 (C++11+) | vector<int> v = {1,2,3}; | 直接用初始化列表赋值 |
| 拷贝初始化 | vector<int> v2(v1); | 深拷贝 |
| 迭代器范围初始化 | vector<int> v2(v1.begin()+1, v1.end()-2); | 拷贝区间元素 |
| 移动初始化 (C++11+) | vector<int> v2 = move(v1); | 转移资源，v1 变为空 |
| 从 C 风格数组初始化 | vector<int> v(arr, arr+sizeof(arr)/sizeof(arr[0])); | 利用数组指针作为迭代器 |
// 自定义结构体
struct Person { string name; int age; Person(string n, int a) : name(n), age(a) {} };
vector<Person> people = {{"Alice", 20}, {"Bob", 25}};
// 指针类型（注意：需手动管理内存，避免内存泄漏）
vector<int*> v;
v.push_back(new int(20)); // 存储堆指针（需手动 delete）
| 函数 | 功能描述 |
|---|---|
begin() | 返回指向首元素的非 const 迭代器 |
end() | 返回指向尾后位置的非 const 迭代器 |
cbegin() | 返回指向首元素的 const 迭代器 |
rbegin() | 返回指向尾元素的反向迭代器 |
注意：迭代器可能失效（如扩容、删除元素后），失效后不可再使用。
| 函数 | 功能描述 |
|---|---|
size() | 返回当前元素个数 |
capacity() | 返回当前容量 |
reserve(n) | 预分配内存，使容量至少为 n |
resize(n) | 调整 size 为 n |
shrink_to_fit() | 缩减容量至 size（C++11+） |
关键区别：
reserve只改容量、不改大小；resize既改大小、可能改容量。
尾部操作（高效）
push_back(val)：在尾部插入元素 val。emplace_back(args...)：在尾部直接构造元素（C++11+），避免拷贝开销。pop_back()：删除尾部元素。中间 / 头部插入（低效）
insert(pos, val)：在迭代器 pos 位置插入 val。erase(pos)：删除迭代器 pos 指向的元素。clear()：删除所有元素（size=0），容量不变。| 访问方式 | 语法示例 | 越界处理 |
|---|---|---|
下标运算符 [] | v[i] | 不检查越界 |
at(i) | v.at(i) | 越界时抛出异常 |
front() | v.front() | 空 vector 访问触发未定义行为 |
back() | v.back() | 空 vector 访问触发未定义行为 |
data() | v.data() | 获取底层数组指针 |
当 push_back/emplace_back 插入元素时，若 size() == capacity()，vector 会自动扩容：
reserve(n) 预分配容量。emplace_back 替代 push_back：减少拷贝开销。shrink_to_fit() 或 swap 技巧。#include <algorithm>
vector<int> v{3,1,4,1,5,9,2,6};
sort(v.begin(), v.end()); // 排序
auto it = find(v.begin(), v.end(), 5); // 查找
v.erase(unique(v.begin(), v.end()), v.end()); // 去重
reverse(v.begin(), v.end()); // 反转
for (int& x : v)。vector<vector<int>> mat(3, vector<int>(4, 0));（内存不连续）。unique_ptr/shared_ptr 替代裸指针。erase 的返回值更新迭代器。空 vector 调用 v[0]、v.front() 会触发未定义行为。访问前需检查 !v.empty()。
size() 是元素个数；capacity() 是容量。clear() 仅清空元素，容量不变。vector 不适合此场景，应改用 list 或 deque。
| 容器 | 随机访问 | 尾部插入 / 删除 | 中间插入 / 删除 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| vector | O(1) | O(1) 均摊 | O(n) | 随机访问、尾部增删为主 |
| list | O(n) | O(1) | O(1) | 频繁中间插入 / 删除 |
| deque | O(1) | O(1) | O(n) | 头部 / 尾部增删频繁 |
以 GCC 的 std::vector 实现为例，其内部成员简化后如下：
template <typename T, typename Allocator = std::allocator<T>>
class vector {
private:
T* _M_start; // 指向首元素
T* _M_finish; // 指向尾元素的下一个位置
T* _M_end_of_storage; // 指向内存块末尾
Allocator _M_get_allocator();
};
size() = _M_finish - _M_startcapacity() = _M_end_of_storage - _M_startvector 通过分配器管理内存，包括 allocate、deallocate、construct、destroy。
| 编译器 | 扩容倍数（默认） |
|---|---|
| GCC | 2 倍 |
| MSVC | 1.5 倍 |
| Clang | 2 倍或 1.5 倍 |
vector<T> v(n) 会默认构造 n 个 T 对象，因此 T 必须有可访问的默认构造函数。若无，需用 vector<T> v(n, val)。
insert(begin, first, last) 批量插入，替代多次 push_back。vector<bool> 是特化版本，每个元素占 1 位，不支持 data() 方法，迭代器返回代理对象。若需高效访问，可改用 vector<char>。
空 vector 的 data() 可返回 nullptr 或任意非空指针，解引用是未定义行为。
vector 的核心优势是随机访问高效 + 动态扩容 + 接口丰富。使用时需重点关注：
reserve() 提前预留容量；emplace_back 替代 push_back；#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void testvectorconstructor() {
std::vector<int> v1;
vector<int> v2(5, 1);
for (int i = 0; i < v2.size(); ++i) {
cout << v2[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<float> v6(5, 1.00);
for (int i = 0; i < v6.size(); ++i) {
cout << v6[i] << " ";
}
cout << endl;
vector<string> v8(5, "hello");
for (int i = 0; i < v8.size(); ++i) {
cout << v8[i] << " ";
}
cout << endl;
// 二维 vector
vector<vector<int>> vv1(5);
for (int i = 0; i < vv1.size(); ++i) {
vv1[i].resize(4);
}
// 迭代器遍历
auto it = v2.begin();
while (it != v2.end()) {
cout << *it << " ";
it++;
}
cout << endl;
}
void testvectorpush() {
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.insert(v1.begin(), 0);
v1.insert(v1.end(), 7);
v1.insert(v1.begin()+2, 9);
vector<int> v2(10, 2);
cout << "v2 capacity:" << v2.capacity() << endl;
v2.reserve(100);
cout << "v2 capacity:" << v2.capacity() << endl;
}
void teststdfind() {
vector<int> v1;
v1.push_back(1);
v1.push_back(2);
v1.push_back(3);
v1.push_back(4);
v1.push_back(5);
v1.push_back(6);
vector<int>::iterator pos = std::find(v1.begin(), v1.end(), 2);
cout << pos - v1.begin() << endl;
}
int main() {
testvectorconstructor();
testvectorpush();
teststdfind();
return 0;
}
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