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c++中vector的用法詳解

2019-11-06 09:15:59
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 vector(向量): C++中的一種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),確切的說(shuō)是一個(gè)類.它相當(dāng)于一個(gè)動(dòng)態(tài)的數(shù)組,當(dāng)程序員無(wú)法知道自己需要的數(shù)組的規(guī)模多大時(shí),用其來(lái)解決問(wèn)題可以達(dá)到最大節(jié)約空間的目的.

     用法:

          1.文件包含:     

           首先在程序開(kāi)頭處加上#include<vector>以包含所需要的類文件vector

          還有一定要加上using namespace std;

 

          2.變量聲明:

               2.1 例:聲明一個(gè)int向量以替代一維的數(shù)組:vector <int> a;(等于聲明了一個(gè)int數(shù)組a[],大小沒(méi)有指定,可以動(dòng)態(tài)的向里面添加刪除)。

               2.2 例:用vector代替二維數(shù)組.其實(shí)只要聲明一個(gè)一維數(shù)組向量即可,而一個(gè)數(shù)組的名字其實(shí)代表的是它的首地址,所以只要聲明一個(gè)地址的向量即可,即:vector <int *> a.同理想用向量代替三維數(shù)組也是一樣,vector <int**>a;再往上面依此類推.

 

          3.具體的用法以及函數(shù)調(diào)用:

          3.1 如何得到向量中的元素?其用法和數(shù)組一樣:

          例如:

          vector <int *> a

          int b = 5;

          a.push_back(b);//該函數(shù)下面有詳解

          cout<<a[0];       //輸出結(jié)果為5

1.push_back   在數(shù)組的最后添加一個(gè)數(shù)據(jù)2.pop_back    去掉數(shù)組的最后一個(gè)數(shù)據(jù) 3.at                得到編號(hào)位置的數(shù)據(jù)4.begin           得到數(shù)組頭的指針5.end             得到數(shù)組的最后一個(gè)單元+1的指針6.front        得到數(shù)組頭的引用7.back            得到數(shù)組的最后一個(gè)單元的引用8.max_size     得到vector最大可以是多大9.capacity       當(dāng)前vector分配的大小10.size           當(dāng)前使用數(shù)據(jù)的大小11.resize         改變當(dāng)前使用數(shù)據(jù)的大小,如果它比當(dāng)前使用的大,者填充默認(rèn)值12.reserve      改變當(dāng)前vecotr所分配空間的大小13.erase         刪除指針指向的數(shù)據(jù)項(xiàng)14.clear          清空當(dāng)前的vector15.rbegin        將vector反轉(zhuǎn)后的開(kāi)始指針?lè)祷?其實(shí)就是原來(lái)的end-1)16.rend          將vector反轉(zhuǎn)構(gòu)的結(jié)束指針?lè)祷?其實(shí)就是原來(lái)的begin-1)17.empty        判斷vector是否為空18.swap         與另一個(gè)vector交換數(shù)據(jù)

 

         3.2  詳細(xì)的函數(shù)實(shí)現(xiàn)功能:其中vector<int> c.

                             c.clear()         移除容器中所有數(shù)據(jù)。

                             c.empty()         判斷容器是否為空。

                             c.erase(pos)        刪除pos位置的數(shù)據(jù)

                             c.erase(beg,end) 刪除[beg,end)區(qū)間的數(shù)據(jù)

                             c.front()         傳回第一個(gè)數(shù)據(jù)。

                             c.insert(pos,elem)  在pos位置插入一個(gè)elem拷貝

                             c.pop_back()     刪除最后一個(gè)數(shù)據(jù)。

                             c.push_back(elem) 在尾部加入一個(gè)數(shù)據(jù)。

                             c.resize(num)     重新設(shè)置該容器的大小

                             c.size()         回容器中實(shí)際數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。

                             c.begin()           返回指向容器第一個(gè)元素的迭代器

                             c.end()             返回指向容器最后一個(gè)元素的迭代器

               4.內(nèi)存管理與效率

      1》使用reserve()函數(shù)提前設(shè)定容量大小,避免多次容量擴(kuò)充操作導(dǎo)致效率低下。

        關(guān)于STL容器,最令人稱贊的特性之一就是是只要不超過(guò)它們的最大大小,它們就可以自動(dòng)增長(zhǎng)到足以容納你放進(jìn)去的數(shù)據(jù)。(要知道這個(gè)最大值,只要調(diào)用名叫max_size的成員函數(shù)。)對(duì)于vector和string,如果需要更多空間,就以類似realloc的思想來(lái)增長(zhǎng)大小。vector容器支持隨機(jī)訪問(wèn),因此為了提高效率,它內(nèi)部使用動(dòng)態(tài)數(shù)組的方式實(shí)現(xiàn)的。在通過(guò) reserve() 來(lái)申請(qǐng)?zhí)囟ù笮〉臅r(shí)候總是按指數(shù)邊界來(lái)增大其內(nèi)部緩沖區(qū)。當(dāng)進(jìn)行insert或push_back等增加元素的操作時(shí),如果此時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)組的內(nèi)存不夠用,就要?jiǎng)討B(tài)的重新分配當(dāng)前大小的1.5~2倍的新內(nèi)存區(qū),再把原數(shù)組的內(nèi)容復(fù)制過(guò)去。所以,在一般情況下,其訪問(wèn)速度同一般數(shù)組,只有在重新分配發(fā)生時(shí),其性能才會(huì)下降。正如上面的代碼告訴你的那樣。而進(jìn)行pop_back操作時(shí),capacity并不會(huì)因?yàn)関ector容器里的元素減少而有所下降,還會(huì)維持操作之前的大小。對(duì)于vector容器來(lái)說(shuō),如果有大量的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行push_back,應(yīng)當(dāng)使用reserve()函數(shù)提前設(shè)定其容量大小,否則會(huì)出現(xiàn)許多次容量擴(kuò)充操作,導(dǎo)致效率低下。

      reserve成員函數(shù)允許你最小化必須進(jìn)行的重新分配的次數(shù),因而可以避免真分配的開(kāi)銷(xiāo)和迭代器/指針/引用失效。但在我解釋reserve為什么可以那么做之前,讓我簡(jiǎn)要介紹有時(shí)候令人困惑的四個(gè)相關(guān)成員函數(shù)。在標(biāo)準(zhǔn)容器中,只有vector和string提供了所有這些函數(shù)。

(1) size()告訴你容器中有多少元素。它沒(méi)有告訴你容器為它容納的元素分配了多少內(nèi)存。 (2) capacity()告訴你容器在它已經(jīng)分配的內(nèi)存中可以容納多少元素。那是容器在那塊內(nèi)存中總共可以容納多少元素,而不是還可以容納多少元素。如果你想知道一個(gè)vector或string中有多少?zèng)]有被占用的內(nèi)存,你必須從capacity()中減去size()。如果size和capacity返回同樣的值,容器中就沒(méi)有剩余空間了,而下一次插入(通過(guò)insert或push_back等)會(huì)引發(fā)上面的重新分配步驟。(3) resize(Container::size_type n)強(qiáng)制把容器改為容納n個(gè)元素。調(diào)用resize之后,size將會(huì)返回n。如果n小于當(dāng)前大小,容器尾部的元素會(huì)被銷(xiāo)毀。如果n大于當(dāng)前大小,新默認(rèn)構(gòu)造的元素會(huì)添加到容器尾部。如果n大于當(dāng)前容量,在元素加入之前會(huì)發(fā)生重新分配。(4) reserve(Container::size_type n)強(qiáng)制容器把它的容量改為至少n,提供的n不小于當(dāng)前大小。這一般強(qiáng)迫進(jìn)行一次重新分配,因?yàn)槿萘啃枰黾?。(如果n小于當(dāng)前容量,vector忽略它,這個(gè)調(diào)用什么都不做,string可能把它的容量減少為size()和n中大的數(shù),但string的大小沒(méi)有改變。在我的經(jīng)驗(yàn)中,使用reserve來(lái)從一個(gè)string中修整多余容量一般不如使用“交換技巧”,那是條款17的主題。)

     這個(gè)簡(jiǎn)介表示了只要有元素需要插入而且容器的容量不足時(shí)就會(huì)發(fā)生重新分配(包括它們維護(hù)的原始內(nèi)存分配和回收,對(duì)象的拷貝和析構(gòu)和迭代器、指針和引用的失效)。所以,避免重新分配的關(guān)鍵是使用reserve盡快把容器的容量設(shè)置為足夠大,最好在容器被構(gòu)造之后立刻進(jìn)行。

例如,假定你想建立一個(gè)容納1-1000值的vector<int>。沒(méi)有使用reserve,你可以像這樣來(lái)做:

vector<int> v;for (int i = 1; i <= 1000; ++i) v.push_back(i);在大多數(shù)STL實(shí)現(xiàn)中,這段代碼在循環(huán)過(guò)程中將會(huì)導(dǎo)致2到10次重新分配。(10這個(gè)數(shù)沒(méi)什么奇怪的。記住vector在重新分配發(fā)生時(shí)一般把容量翻倍,而1000約等于210。)

把代碼改為使用reserve,我們得到這個(gè):

vector<int> v;v.reserve(1000);for (int i = 1; i <= 1000; ++i) v.push_back(i);這在循環(huán)中不會(huì)發(fā)生重新分配。

在大小和容量之間的關(guān)系讓我們可以預(yù)言什么時(shí)候插入將引起vector或string執(zhí)行重新分配,而且,可以預(yù)言什么時(shí)候插入會(huì)使指向容器中的迭代器、指針和引用失效。例如,給出這段代碼,

string s;...if (s.size() < s.capacity()) {s.push_back('x');}push_back的調(diào)用不會(huì)使指向這個(gè)string中的迭代器、指針或引用失效,因?yàn)閟tring的容量保證大于它的大小。如果不是執(zhí)行push_back,代碼在string的任意位置進(jìn)行一個(gè)insert,我們?nèi)匀豢梢员WC在插入期間沒(méi)有發(fā)生重新分配,但是,與伴隨string插入時(shí)迭代器失效的一般規(guī)則一致,所有從插入位置到string結(jié)尾的迭代器/指針/引用將失效。

回到本條款的主旨,通常有兩情況使用reserve來(lái)避免不必要的重新分配。第一個(gè)可用的情況是當(dāng)你確切或者大約知道有多少元素將最后出現(xiàn)在容器中。那樣的話,就像上面的vector代碼,你只是提前reserve適當(dāng)數(shù)量的空間。第二種情況是保留你可能需要的最大的空間,然后,一旦你添加完全部數(shù)據(jù),修整掉任何多余的容量。

       2》使用“交換技巧”來(lái)修整vector過(guò)??臻g/內(nèi)存

      有一種方法來(lái)把它從曾經(jīng)最大的容量減少到它現(xiàn)在需要的容量。這樣減少容量的方法常常被稱為“收縮到合適(shrink to fit)”。該方法只需一條語(yǔ)句:vector<int>(ivec).swap(ivec);表達(dá)式vector<int>(ivec)建立一個(gè)臨時(shí)vector,它是ivec的一份拷貝:vector的拷貝構(gòu)造函數(shù)做了這個(gè)工作。但是,vector的拷貝構(gòu)造函數(shù)只分配拷貝的元素需要的內(nèi)存,所以這個(gè)臨時(shí)vector沒(méi)有多余的容量。然后我們讓臨時(shí)vector和ivec交換數(shù)據(jù),這時(shí)我們完成了,ivec只有臨時(shí)變量的修整過(guò)的容量,而這個(gè)臨時(shí)變量則持有了曾經(jīng)在ivec中的沒(méi)用到的過(guò)剩容量。在這里(這個(gè)語(yǔ)句結(jié)尾),臨時(shí)vector被銷(xiāo)毀,因此釋放了以前ivec使用的內(nèi)存,收縮到合適。

     3》用swap方法強(qiáng)行釋放STL Vector所占內(nèi)存

template < class T> void ClearVector( vector<T>& v ){     vector<T>vtTemp;    vtTemp.swap( v );} 如     vector<int> v ;    nums.push_back(1);    nums.push_back(3);    nums.push_back(2);    nums.push_back(4);    vector<int>().swap(v);

/* 或者v.swap(vector<int>()); */

/*或者{ std::vector<int> tmp = v;   v.swap(tmp);   }; //加大括號(hào){ }是讓tmp退出{ }時(shí)自動(dòng)析構(gòu)*/

 

5.Vector 內(nèi)存管理成員函數(shù)的行為測(cè)試

       C++ STL的vector使用非常廣泛,但是對(duì)其內(nèi)存的管理模型一直有多種猜測(cè),下面用實(shí)例代碼測(cè)試來(lái)了解其內(nèi)存管理方式,測(cè)試代碼如下:

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

int main(){vector<int> iVec;cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //1個(gè)元素, 容器容量為1

iVec.push_back(1);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //2個(gè)元素, 容器容量為2

iVec.push_back(2);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //3個(gè)元素, 容器容量為4

iVec.push_back(3);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //4個(gè)元素, 容器容量為4

iVec.push_back(4);iVec.push_back(5);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //5個(gè)元素, 容器容量為8

iVec.push_back(6);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //6個(gè)元素, 容器容量為8

iVec.push_back(7);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //7個(gè)元素, 容器容量為8

iVec.push_back(8);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //8個(gè)元素, 容器容量為8

iVec.push_back(9);cout << "容器 大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "容器 容量為: " << iVec.capacity() << endl; //9個(gè)元素, 容器容量為16/* vs2005/8 容量增長(zhǎng)不是翻倍的,如     9個(gè)元素   容量9     10個(gè)元素 容量13 */

/* 測(cè)試effective stl中的特殊的交換 swap() */cout << "當(dāng)前vector 的大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "當(dāng)前vector 的容量為: " << iVec.capacity() << endl;vector<int>(iVec).swap(iVec);

cout << "臨時(shí)的vector<int>對(duì)象 的大小為: " << (vector<int>(iVec)).size() << endl;cout << "臨時(shí)的vector<int>對(duì)象 的容量為: " << (vector<int>(iVec)).capacity() << endl;cout << "交換后,當(dāng)前vector 的大小為: " << iVec.size() << endl;cout << "交換后,當(dāng)前vector 的容量為: " << iVec.capacity() << endl;

return 0;}

6.vector的其他成員函數(shù)

        c.assign(beg,end):將[beg; end)區(qū)間中的數(shù)據(jù)賦值給c。        c.assign(n,elem):將n個(gè)elem的拷貝賦值給c。         c.at(idx):傳回索引idx所指的數(shù)據(jù),如果idx越界,拋出out_of_range。         c.back():傳回最后一個(gè)數(shù)據(jù),不檢查這個(gè)數(shù)據(jù)是否存在。        c.front():傳回地一個(gè)數(shù)據(jù)。         get_allocator:使用構(gòu)造函數(shù)返回一個(gè)拷貝。         c.rbegin():傳回一個(gè)逆向隊(duì)列的第一個(gè)數(shù)據(jù)。         c.rend():傳回一個(gè)逆向隊(duì)列的最后一個(gè)數(shù)據(jù)的下一個(gè)位置。         c.~ vector <Elem>():銷(xiāo)毀所有數(shù)據(jù),釋放內(nèi)存。    

7.備注:在用vector的過(guò)程中的一些問(wèn)題,特此列出討論:

               1)

                    vector <int > a;

                    int  b = 5;

                    a.push_back(b);

                    此時(shí)若對(duì)b另外賦值時(shí)不會(huì)影響a[0]的值

                2)

                    vector <int*> a;                     int *b;                     b= new int[4];                     b[0]=0;                     b[1]=1;                     b[2]=2;                     a.push_back(b);                     delete b;          //釋放b的地址空間                     for(int i=0 ; i <3 ; i++)                     {                           cout<<a[0][i]<<endl;                     }

                     此時(shí)輸出的值并不是一開(kāi)始b數(shù)組初始化的值,而是一些無(wú)法預(yù)計(jì)的值.

                    分析:根據(jù)1) 2)的結(jié)果,可以想到,在1)中,  往a向量中壓入的是b的值,即a[0]=b,此時(shí)a[0]和b是存儲(chǔ)在兩個(gè)不同的地址中的.因此改變b的值不會(huì)影響a[0];而在2)中,因?yàn)槭前岩粋€(gè)地址(指針)壓入向量a,即a[0]=b,因此釋放了b的地址也就釋放了a[0]的地址,因此a[0]數(shù)組中存放的數(shù)值也就不得而知了.  


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