C++中std::vector用法详解

在 C++ 中，std::vector 是标准模板库（STL）提供的一个动态数组类，用于存储和操作一组同类型的数据。相比于传统的数组，std::vector 具有更高的灵活性和效率，能够自动调整大小并提供丰富的成员函数。无论是在算法实现、数据存储还是动态分配内存方面，std::vector 都是开发者首选的工具之一。本文将从 std::vector 的基本概念、初始化、操作方法、性能优化以及注意事项五个方面进行全面解析，帮助读者全面掌握这一强大的容器类。

一、基本概念

1. 定义与特点

std::vector 是一个动态数组容器，位于 <vector> 头文件中。它的主要特点是：

动态大小：可以根据需要自动调整容量。

随机访问：支持通过下标或迭代器访问元素。

高效操作：提供了丰富的成员函数，如插入、删除、排序等。

1. 与传统数组的区别

固定大小 vs 动态大小：传统数组大小固定，而 std::vector 可以动态调整。

内存分配：传统数组需要手动管理内存，而 std::vector 自动管理内存。

功能丰富：std::vector 提供了更多的成员函数和特性，如 push_back、resize 等。

二、初始化

1. 默认构造函数

可以通过默认构造函数创建一个空的 std::vector：

std::vector<int> vec;

1. 带初始值的构造函数
   

可以直接通过初始化列表为 std::vector 提供初始值：

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

1. 指定大小的构造函数
   

可以通过指定大小和默认值来初始化 std::vector：

std::vector<int> vec(10, 0); // 创建一个包含 10 个 0 的 vector

1. 复制构造函数
   

可以通过复制另一个 std::vector 对象来初始化：

std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> vec2(vec1);

1. 移动构造函数
   

通过移动语义可以更高效地初始化：

std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3};
std::vector<int> vec2(std::move(vec1));

三、操作方法

1. 插入元素

push_back

在末尾添加一个元素：

vec.push_back(6);

insert

在指定位置插入一个或多个元素：

vec.insert(vec.begin() + 2, 10); // 在索引 2 处插入 10
vec.insert(vec.begin() + 2, 3, 10); // 在索引 2 处插入 3 个 10

1. 访问元素
   

下标访问

通过下标访问元素：

int value = vec[2];

 at 方法

通过 at 方法访问元素：

int value = vec.at(2);

front 和 back

访问第一个和最后一个元素：

int first = vec.front();
int last = vec.back();

1. 修改元素
   

直接赋值

通过下标或 at 方法修改元素：

vec[2] = 10;
vec.at(2) = 10;

assign 方法

重新赋值整个 std::vector：

vec.assign(5, 0); // 将 vec 重置为包含 5 个 0

1. 删除元素
   

pop_back

删除末尾的元素：

vec.pop_back();

erase

删除指定位置或范围内的元素：

vec.erase(vec.begin() + 2); // 删除索引 2 的元素
vec.erase(vec.begin() + 2, vec.begin() + 4); // 删除索引 2 到 3 的元素

clear

清空所有元素：

vec.clear();

四、性能优化

1. 预留空间

可以通过 reserve 预留足够的空间，避免频繁的内存重新分配：

vec.reserve(100); // 预留至少 100 个元素的空间

1. 容量检查
   

可以通过 capacity 和 size 检查当前容量和实际大小：

std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << ", Size: " << vec.size() << std::endl;

1. 避免不必要的拷贝
   

使用 emplace_back 替代 push_back，以避免不必要的拷贝：

vec.emplace_back(10); // 直接在末尾构造元素

五、注意事项

1. 内存管理

std::vector 的内存管理由 STL 自动完成，但需要注意以下几点：

容量增长：当容量不足时，std::vector 会重新分配更大的内存，可能导致原有数据被复制。

释放资源：使用完后应及时调用 clear 或 shrink_to_fit 释放多余内存。

1. 边界检查

访问元素时应避免越界，推荐使用 at 方法替代下标访问：

try {
    int value = vec.at(10); // 如果索引超出范围，会抛出 std::out_of_range 异常
} catch (const std::out_of_range& e) {
    std::cerr << "Error: " << e.what() << std::endl;
}

1. 遍历方式
   

推荐使用范围 for 循环遍历 std::vector，避免手动迭代器操作带来的错误：

for (const auto& element : vec) {
    std::cout << element << " ";
}

std::vector 是 C++ 中一个功能强大的动态数组类，广泛应用于需要高效存储和操作数据的场景。本文从基本概念、初始化、操作方法、性能优化以及注意事项五个方面进行了详细解析，涵盖了 std::vector 的核心功能和使用技巧。通过本文的学习，读者应该能够熟练掌握 std::vector 的各种操作，并在实际开发中灵活运用。

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