C++ Vector 容器常见用法详解：从基础到高级

在现代编程中，容器是不可或缺的一部分，它们使得数据的存储、管理和操作变得更加高效和便捷。C++中的Vector容器作为标准模板库（STL）的一部分，因其动态数组的特性而广受欢迎。本文将深入探讨C++ Vector容器的常见用法，从基础操作到高级技巧，帮助读者全面掌握这一强大工具。

一、vector对象的定义和初始化方式

常用的初始化方式及作用如下：

vector 中的数据类型 T 可以代表任何数据类型，如 int、string、class、vector（构建多维数组） 等，就像一个可以放下任何东西的容器，因此 vector 也常被称作容器。字符串类型 string 也是一种容器，c++ 中的不同种类的容器拥有很多相同的操作，因此 string 的很多操作方法可以直接用在 vector 中。

二、vector 常用基础操作

 下表列出了 添加元素、查询、索引、赋值、比较 等常用操作方法。

三、使用迭代器的遍历、插入、删除操作

迭代器类似于指针，提供了对象的间接访问，但获取迭代器并不是使用取地址符。如果将指针理解为元素的“地址”，那么迭代器可以理解为元素的“位置”。可以使用迭代器访问某个元素，迭代器也能从一个元素移动到另一个元素。

一个迭代器的范围由一对迭代器表示，分别为 begin 和 end。其中 begin 成员返回指向第一个元素的迭代器；end 成员返回容器最后一个元素的下一个位置（one past the end），也就是指向一个根本不存在的尾后位置，这样的迭代器没什么实际含义，仅是个标记而已，表示已经处理完了容器中的所有元素。所以 begin 和 end 表示的是一个左闭右开的区间 [ begin , end)

迭代器可以用来实现容器的遍历、插入等操作，可以细品下面的例子：

3.1、遍历

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<string> a{"0", "1", "2", "3", "4", "5", "6", "7", "8"};
    auto it = a.begin();  // 返回一个迭代器类型，一般来说我们并不关心迭代器具体的数据类型
    while(it != a.end())
    {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    return 0;
}
// 运行结果 //
0 1 2 3 4 5 6 7 8

3.2、插入

插入操作的函数：

v.insert(p, n, val) ：在迭代器 p 之前插入 n 个值为 val 的元素，返回新添加的第一个元素的迭代器。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a{1, 2, 3, };
    auto it1 = a.begin();  // 返回一个迭代器类型，一般来说我们并不关心迭代器具体的数据类型
    auto it2 = a.insert((it1+1), {6, 7, 8});  // 利用迭代器在第二个元素之前插入数据
    cout << *it2 << endl;  // 返回的是新插入元素第一个元素的迭代器
    auto it = a.begin();  // 
    while(it != a.end())
    {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    return 0;
}
// 输出结果 //
6
1 6 7 8 2 3

3.3、删除 

删除操作的函数：

v.erase(p) ：删除迭代器 p 所指的元素，返回指向被删除元素之后元素的迭代器。

v.erase(b, e) ：删除迭代器 b, e 之间的元素，返回指向最后一个被删除元素之后元素的迭代器。

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a{1, 2, 3, };
    auto it1 = a.begin();  // 返回一个迭代器类型，一般来说我们并不关心迭代器具体的数据类型
    auto it2 = a.erase(it1+1);  // 删除元素 2
    cout << *it2 << endl;  // 返回的是新插入元素第一个元素的迭代器
    auto it = a.begin();  // 
    while(it != a.end())
    {
        cout << *it << " ";
        it++;
    }
    return 0;
}
// 运行结果 //
3
1 3

四、vector 元素的重排操作（排序、逆序等）

容器的重排需要用到头文件 <algorithm> 中的算法

1、排序 sort()

使用到的函数为 sort() ：按输入序列的字典序升序排序，原位操作，无返回值函数原型：

void std::sort<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator, std::vector<int>::iterator)

举例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a{2, 0, 2, 2, 0, 3, 0, 9};
    sort(a.begin(), a.end());  //原位操作
    for(int i:a)
        cout << i << " ";
    return 0;
}
// 输出结果 //
0 0 0 2 2 2 3 9

2、消除相邻的重复元素 unique()

使用到的函数为 unique() ：将输入序列相邻的重复项“消除”，返回一个指向不重复值范围末尾的迭代器，一般配合 sort() 使用，函数原型：

std::vector<int>::iterator std::unique<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator, std::vector<int>::iterator)

举例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a{2, 0, 2, 2, 0, 3, 0, 9};
    sort(a.begin(), a.end());  // 先排序
    for(int i:a)   cout << i << " "; // 输出
    cout << endl;
    auto end_unique = unique(a.begin(), a.end());  //将输入序列相邻的重复项“消除”，返回一个指向不重复值范围末尾的迭代器
    a.erase(end_unique, a.end()); // 删除末尾元素
    for(int i:a)   cout << i << " "; // 输出
    return 0;
}
// 运行结果 //
0 0 0 2 2 2 3 9 
0 2 3 9

3、逆序 reverse()

方法1：使用到的函数为 reverse() ：将输入序列按照下标逆序排列，原位操作，无返回值函数原型：

void std::reverse<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator, std::vector<int>::iterator)

 方法2：使用greater<int>() 作为参数（内置函数）

sort(nums.begin(), nums.end(), greater<int>());

 举例：

#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a{2, 0, 2, 2, 0, 3, 0, 9};
    reverse(a.begin(), a.end());  // 原位逆序排列
    for(int i:a)   cout << i << " "; // 输出
    return 0;
}
// 运行结果 //
9 0 3 0 2 2 0 2

五、vector 中找最值

容器的重排同样需要用到头文件 <algorithm> 中的算法。

1、最大值 auto it = max_element(v.begin, v,end())，返回最大值的迭代器，函数原型如下：

constexpr std::vector<int>::iterator std::max_element<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator, std::vector<int>::iterator)

2、最小值 auto it = min_element(v.begin, v,end())，返回最小值的迭代器，函数原型如下：

constexpr std::vector<int>::iterator std::min_element<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator, std::vector<int>::iterator)

3、相对位置大小 auto b = distance(x, y)，x、y 是迭代器类型，返回 x、y 之间的距离，可以用来获取最大/小值的索引，函数原型如下：

std::ptrdiff_t std::distance<std::vector<int>::iterator>(std::vector<int>::iterator __first, std::vector<int>::iterator __last)

举例：

#include <iostream>
#include <vector>
#include <algorithm>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<int> a({0,1,-2,3});
    auto b = distance(a.begin(), min_element(a.begin(), a.end()));
    cout << a[b] << endl;
    return 0;
}
// 输出 //
-2

六、改变vector大小 及其 内存分配机制

与内置数组一样，vector 的所有元素必须存放在一片连续的内存中，但 vector 的大小可变性使得其所占用的内存大小也是可变的。

为了避免每次改变 vector 时重新分配内存空间再将原来的数据从新拷贝到新空间的操作，标准库实现者采用了减少容器空间重新分配次数的策略：当不得不获取新空间时，vector（string 也是如此）通常会分配比需求更大的空间作为预留的备用空间，这样就减少了重新分配空间的次数。

• 改变 vector 的大小可以使用 v.resize(n, t) 函数，调整 v 的大小为 n 个元素，任何新添加的元素都初始化为值 t 。

举例：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main(void)
{
    vector<vector<int>> a;
    a.resize(3, vector<int>(3));
    cout << "row : " << a.size() << endl;
    cout << "col : " << a[0].size() << endl;
    return 0;
}
// 输出 //
row : 3
col : 3

• 函数 v.resize(n)  可以用来告知容器分配至少能分配 n 个元素的内存空间。并不改变容器中元素的数量，仅影响 vector 预先分配多大的内存空间

七、vector数组 与 内置数组 的选择问题

一般来说，我们在使用 C++ 编程时会将 vector 类型的数据与类似于使用 a[N] 定义的内置数组统称为数组，两者是很类似的数据结构，在一般的任务中使用 vector数组 与使用内置数组通常没有什么区别。两者的区别主要如下：

• vector数组 是 C++ 的标准库类型，即使用 vector 定义的变量本质上是定义了一个 vector 类的对象。而类似于使用 a[N] 定义的数组是内置数组，类似于 int、float 等内置类型的变量。

• vector数组 的大小可变，而内置数组类型在定义时必须明确定义大小，之后大小不能变化。因为内置数组的大小固定，因此对某些特殊的应用来说程序运行时的性能较好，但是也失去了一定的灵活性。

如果不确定元素的确定个数，那么 vector 就是最好的选择。 

总结

通过本文的详细讲解，我们了解了C++ Vector容器的基础操作，包括定义、初始化、遍历、插入和删除等。同时，我们也深入探讨了Vector容器的高级用法，如元素重排、查找最值、内存分配机制等。掌握这些知识，不仅能提高编程效率，还能在实际项目中灵活运用，解决复杂的问题。希望本文能为读者提供有价值的参考，助力大家在C++编程的道路上更进一步。