【C++指南】vector（一）：从入门到详解

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

• 语法： vector<T> vec2(vec1); // 拷贝构造 vec2 = vec1; // 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

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)

• 语法： void resize(size_t n); // 默认值填充 void resize(size_t n, T val); // 指定值填充
• 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

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：

class Data {
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

• 语法： iterator insert(iterator pos, const T& val); // 插入单个元素 void insert(iterator pos, size_t n, const T& val); // 插入 n 个相同元素 void insert(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
• 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

erase 的用法

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

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