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C++ 详细讲解vector类

ai 2025/9/7 12:34:08

目录

1. 什么是vector?

2. vector的使用

1. 构造函数---初始化

1. 默认构造函数(无参构造）

2. 填充构造函数(指定数量和初始值）

3. 范围构造函数(通过迭代器拷贝其他容器元素）

4. 拷贝构造函数(直接拷贝另一个vector）

注意:

2. vector成员函数的使用

1. 三种遍历方法

2. size

3. capacity

4. max_size

5. reserve

6. resize

7. assign

8. insert

9. find

10. sort

11. erase

3. 二维vector(重点)

1. 核心本质与优势

2. 常见初始化方式

3. 核心操作(访问、添加、删除）

4. 遍历二维 vector 

5. 注意事项

4. 总结:

1. 什么是vector?

  • vector是表示可变大小数组的序列容器。
  • 就像数组一样，vector也采用的连续存储空间来存储元素。也就是意味着可以采用下标对vector的元素进行访问，和数组一样高效。但是又不像数组，它的大小是可以动态改变的，而且它的大小会被容器自动处理。
  • 本质讲，vector使用动态分配数组来存储它的元素。当新元素插入时候，这个数组需要被重新分配大小为了增加存储空间。其做法是，分配一个新的数组，然后将全部元素移到这个数组。就时间而言，这是一个相对代价高的任务，因为每当一个新的元素加入到容器的时候，vector并不会每次都重新分配大小。
  • vector分配空间策略：vector会分配一些额外的空间以适应可能的增长，因为存储空间比实际需要的存储空间更大。不同的库采用不同的策略权衡空间的使用和重新分配。但是无论如何，重新分配都应该是对数增长的间隔大小，以至于在末尾插入一个元素的时候是在常数时间的复杂度完成的。
  • 因此，vector占用了更多的存储空间，为了获得管理存储空间的能力，并且以一种有效的方式动态增长。
  • 与其它动态序列容器相比（deques, lists and forward_lists）， vector在访问元素的时候更加高效，在末尾添加和删除元素相对高效。对于其它不在末尾的删除和插入操作，效率更低。比起lists和forward_lists统一的迭代器和引用更好。

2. vector的使用

我们先来看一下C++官方文档中对vector成员函数的一些介绍 : vector文档

1. 构造函数---初始化

图中详细列出了 std::vector 的4种构造方式：

  1. 默认构造函数：创建空容器，无元素。
  2. 填充构造函数：创建包含 n 个元素的容器，每个元素都是 val 的副本。
  3. 范围构造函数：用迭代器范围 [first, last) 内的元素初始化容器。
  4. 拷贝构造函数：复制另一个 vector   x 的所有元素来初始化容器。

1. 默认构造函数(无参构造）

  • 作用：创建一个空的vector容器，不包含任何元素，内部数组（动态内存）未分配或仅分配最小默认空间。
  • 示例：  
    std::vector<int> vec; （此时vec.empty()为 true , vec.size() 为0）。
  • 核心特点：极简初始化，适合后续通过 push_back() 、 assign() 等方法动态添加元素的场景。

2. 填充构造函数(指定数量和初始值）

  • 作用：创建一个包含固定数量（n个）元素的vector，且所有元素都初始化为同一个值（ val 的副本，若不指定 val ，内置类型默认初始化，如int为0）。
  • 示例： 
    std::vector<int> vec(5, 10); （创建含5个元素的vector，每个元素都是10）。
std::vector<int> vec(5);     （创建含5个元素的vector，每个元素默认初始化为0）。
  • 核心特点：一次性初始化“批量相同值”的元素，避免后续逐个赋值，适合已知元素数量和统一初始值的场景（如创建固定长度的初始数组）。

3. 范围构造函数(通过迭代器拷贝其他容器元素）

  • 作用：从其他容器（如vector、array、list等）的指定迭代器范围 [first, last)  中，拷贝元素来初始化当前vector（左闭右开，即包含 first 指向的元素，不包含 last 指向的元素）。
  • 示例：  
  • std::vector<int> src = {1,2,3,4};
std::vector<int> vec(src.begin(), src.end()); // 拷贝src所有元素，vec变为{1,2,3,4}
std::vector<int> vec2(src.begin()+1, src.end()-1); // 拷贝src的[2,3]，vec2变为{2,3}

  • 核心特点：灵活复用其他容器的“部分或全部元素”，无需手动逐个拷贝，适合需要基于现有容器子集/全集创建新vector的场景。

4. 拷贝构造函数(直接拷贝另一个vector）

  • 作用：创建一个完全复制另一个vector（ x ） 的新vector，新vector的元素、大小、容量（通常）与原vector完全一致。
  • 示例：
  • std::vector<int> src = {1,2,3};
std::vector<int> vec(src); // 拷贝src，vec与src完全相同
std::vector<int> vec2 = src; // 等价于上一行，拷贝构造的另一种写法

  • 核心特点：专门用于“复制已有vector”，是C++默认的“值拷贝”语义体现，适合需要创建原vector副本（独立于原vector，修改新vector不影响原vector）的场景。

注意:

  • 可以看到第三个迭代器构造函数是一个模板函数，所以不一定只用vector的迭代器，也可以用其他容器迭代器初始化，只要数据类型匹配(*iterator对象的类型跟vector中存的数据类型是一致的)：
  • 迭代器进行初始化模板函数实际是这样实现的：
// template <class InputIterator> 表明这是模板函数，InputIterator是迭代器类型参数
template <class InputIterator>
vector(InputIterator first, InputIterator last) {// 函数体内通过迭代器的通用操作（++、* 解引用）遍历序列，无需关心具体迭代器类型while (first != last) {push_back(*first); // *first 取迭代器指向的元素++first; // 迭代器向后移动}
}
  • 我们定义下面两个对象有没有差别？
string s("111111");
vector<char> vc(6,'1');  //调用构造函数
  • 答 : 不能，vector里面给char，虽然它们底层都是数组中存char类型数据，但是还是不一样的，s对象中指向的空间结尾有\0，string的很多操作是独有的，比如+=字符串等等

2. vector成员函数的使用

1. 三种遍历方法

上面知道了vector类对象如何初始化，那么我们想要遍历该对象该怎么遍历呢？

首先使用push_back尾插进去数据，遍历方法：

  1. 下标+[]
  2. 迭代器遍历
  3. 范围for遍历
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std;
void test_vector()
{vector<int> v;//使用push_back尾插数据v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//遍历vector//1、下标+[]for(size_t i =0;i<v.size(),i++){v[i]-=1;cout<<v[i]<<" ";}cout<<endl;//2、迭代器vector<int>::iterator it = v.begin();while(it!=v.end()){*it += 1;cout<<*it<<" ";++it;}cout<<endl;//范围forfor(auto e:v){cout<< e <<" ";}cout<<endl;
}
int main()
{test_vector();return 0;
}

我们还可以利用反向迭代器进行反向遍历：

void test_vector()
{vector<int> v;v.push_back(1);v.push_back(2);v.push_back(3);v.push_back(4);//反向迭代器进行遍历vector<int>::reverse_iterator rit = v.rbegin();while(rit!=v.rend()){cout<<*rit<<" ";++rit;}cout<<endl;
}

这里的rit不是原生指针，而是被封装的类对象，重载operator++才能实现++rit时，倒着走 , 而非原生质真的直接操作。

2. size

  • size  函数是用于获取容器中当前元素个数的核心接口
  • 返回 vector  中实际存储的元素数量，类型为 size_t （无符号整数）。
vector<int> v = {1,2,3};
size_t count = v.size();  // count = 3

3. capacity

capacity  是 std::vector  的一个重要属性，它表示当前分配的内存能够容纳的最大元素个数（即不重新分配内存时，最多能存多少元素）。而 size  是当前实际存储的元素个数。

vector<int> v;
v.push_back(1);
v.push_back(2);
// 此时 size 是 2，capacity 可能是 2、4 或其他（由编译器和标准库实现决定，通常会预分配多于当前元素数的内存以减少扩容次数）
  • 当 size  超过 capacity  时， vector  会自动扩容（重新分配更大的内存块，复制原有元素，释放旧内存），这也是 vector  动态增长的底层机制。可以通过 vector  的 capacity()  函数来获取这个值。

4. max_size

返回vector可以容纳的最大元素数。实际中并没有什么意义

void test_vector()
{vector<int> v;cout<<v.max_size()<<endl;//没什么意义v.reserve(10);//开空间，改变容量
}

5. reserve

功能 : 主动为 vector 预分配内存，确保其 capacity （容量）至少达到指定大小，不改变 size （实际元素个数）。避免多次自动扩容（扩容会复制元素、释放旧内存，耗时），适合已知元素大致数量时提升效率。若 n ≤当前 capacity ，函数不做任何操作；只增容，不缩容(缩容需用 shrink_to_fit() ）。

vector<int> vec;
vec.reserve(100); // 预分配能存100个int的内存，此时size=0，capacity≥100
for (int i=0; i<100; ++i) 
{vec.push_back(i); // 因已预分配，这100次插入不会触发自动扩容
}

6. resize

改变这个vector对象的长度为n，如果n小于当前vector的长度，则将当前值缩短到第n个数据，删除第n个以外的数据。如果n大于当前vector对象长度,延长该vector对象长度，并在最后插入指定内容直到达到的延长后的长度n。如果指定值, 用该值来初始化,否则,他们初始化为匿名对象。

vector<int> v = {1,2,3};// 场景1：n > size → 新增元素，值为0（int的默认值）
v.resize(5); // 现在v的size是5，元素为[1,2,3,0,0]// 场景2：n > size 且指定默认值
v.resize(7, 99); // 元素变为[1,2,3,0,0,99,99]// 场景3：n < size → 销毁末尾元素
v.resize(2); // 元素变为[1,2]，capacity仍保持扩容后的大小（如7）

7. assign

分配新的内容给vector，代替它当前的内容，并且修改它的大小。可以看到assign函数的参数可以是迭代器，也可以是val个数和val

vector<int> v = {1,2,3};// 示例1：范围赋值（从其他容器/数组批量赋值）
list<int> lst = {4,5,6};
v.assign(lst.begin(), lst.end()); // v变为[4,5,6]// 示例2：重复赋值（填充n个相同元素）
v.assign(3, 99); // v变为[99,99,99]

8. insert

用于在指定位置插入元素的核心接口，支持单个元素、多个元素或范围元素的插入，在容器的指定位置插入元素，插入后容器  size  增加，若空间不足会触发扩容。

调用格式（三种重载）：
插入单个元素： 

iterator insert(iterator pos, const T& val); （pos是插入位置的迭代器，val是要插入的元素）。

插入多个相同元素：

 iterator insert(iterator pos, size_t n, const T& val); （n是插入个数）

插入范围元素：

iterator insert(iterator pos, InputIterator first, InputIterator last);（ first/last是迭代器范围）

插入位置的后续元素会向后移动（若空间不足，先扩容再移动，移动过程有性能开销）。
返回值是指向第一个插入元素的迭代器，可用于后续操作。

vector<int> v = {1,3,4};// 示例1：插入单个元素
auto it = v.insert(v.begin() + 1, 2); // 在索引1的位置插入2，v变为[1,2,3,4]// 示例2：插入多个相同元素
v.insert(v.end(), 2, 5); // 在末尾插入2个5，v变为[1,2,3,4,5,5]// 示例3：插入范围元素
list<int> lst = {6,7};
v.insert(v.begin(), lst.begin(), lst.end()); // 在开头插入lst的元素，v变为[6,7,1,2,3,4,5,5]

那么我们假设想在3的前面插入呢？我们想一想我们肯定先需要找到3这个元素，才能在它前面插入元素，而我们发现vector当中没有find函数，但是在算法里面有一个find函数模板以提供使用：

9. find

find函数参数是迭代器区间以及需要找到的val值，返回的是这段区间第一次发现的元素的迭代器，如果没有发现则返回的是last，我们想要在3之前插入元素数据20：

void test_vector5()
{int a[] = { 1,3,4 };vector<int> v(a, a + 3);vector<int>::iterator pos = find(v.begin(),v.end(),3);if(pos!= v.end()){v.insert(pos,20);}for(auto e:v){cout<< e <<" ";}cout<<endl;
}

输出:

1 20 3 4

10. sort

在算法模块还有一个函数便于我们使用：sort函数

核心参数传递的就是迭代器，且明确要求是随机访问迭代器

void test_vector6()
{int a[] = { 1,2,3,4,5 };vector<int> v(a, a + 5);//默认排升序sort(v.begin(),v.end());
}

我们还可以用sort对数组进行排序:

void test_vector6()
{//指向数组的空间的指针是天然的迭代器int a1[]={30,1,13,23,42};sort(a1,a1+5);//也可以对数组排序for(auto e:a1){cout<< e <<" ";}cout<<endl;
}

指向数组的空间的指针是天然的迭代器，故也是可以对数组进行排序的

11. erase

erase  是用于从容器中删除指定元素或元素范围的核心接口，删除后容器  size  减小，剩余元素会自动前移，但不会自动缩减内存容量（ capacity  不变）。

erase  有两种主要重载形式，均通过迭代器指定删除范围：
1. 删除单个元素

 iterator erase(iterator pos); pos ：指向要删除元素的有效迭代器（不能是  end() ）。

返回值：指向被删除元素下一个元素的迭代器（用于避免迭代器失效）。
2. 删除元素范围

 iterator erase(iterator first, iterator last); first / last ：指定删除范围[first, last)（左闭右开，包含first指向的元素，不包含last指向的元素）。

返回值：指向范围  [first, last)  之后第一个元素的迭代器。

#include <vector>
#include <iostream>int main() {std::vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};// 示例1：删除单个元素（删除值为3的元素）auto it = v.begin() + 2; // 指向元素3it = v.erase(it); // 删除后，it指向元素4，v变为 [1,2,4,5]// 示例2：删除元素范围（删除从it开始到末尾的元素）v.erase(it, v.end()); // 删除4、5，v变为 [1,2]// 示例3：释放多余内存（size=2，capacity可能大于2）v.shrink_to_fit(); // 可选，将capacity缩减至与size一致return 0;
}

3. 二维vector(重点)

C++ 中的二维vector :（vector<vector<T>>）

二维 vector 本质是“元素类型为  vector  的  vector ”，可理解为“动态二维数组”，其每行长度可独立变化（非严格矩形，也叫“锯齿数组”），核心特性和用法如下：

1. 核心本质与优势

  1. 本质：外层  vector  存储的每个元素，都是一个独立的内层  vector （即“一行”数据）。
  2. 优势：
  3. 动态大小：无需预先指定行数和列数，可随时添加/删除行、扩展每行的列数。
  4. 灵活性：每行长度可不同（如第一行3个元素，第二行5个元素），适合不规则数据。
  5. 内存安全：自动管理内存，无需手动释放，避免数组越界和内存泄漏。

2. 常见初始化方式

(1) 直接初始化(指定行数和每行列数）
适用于创建“矩形二维数组”（每行长度相同）：

#include <vector>
using namespace std;// 方式1：初始化3行4列，所有元素默认值（int默认0，string默认空串）
vector<vector<int>> vec1(3, vector<int>(4)); // 方式2：初始化2行3列，所有元素指定为10
vector<vector<int>> vec2(2, vector<int>(3, 10)); 
// 结果：vec2 = [[10,10,10], [10,10,10]]

(2) 列表初始化（自定义每行元素）
适用于不规则或已知具体数据的场景：

// 方式1：初始化3行，每行长度分别为2、3、1
vector<vector<int>> vec = {{1, 2},    // 第0行{3, 4, 5}, // 第1行{6}        // 第2行
};// 方式2：先创建空外层vector，再逐个添加行
vector<vector<int>> vec2;
vec2.push_back({10, 20}); // 添加第0行
vec2.push_back({30});     // 添加第1行
// 结果：vec2 = [[10,20], [30]]

3. 核心操作(访问、添加、删除）

(1) 访问元素
通过“外层索引[行号] + 内层索引[列号]”访问，与普通二维数组语法一致：

vector<vector<int>> vec = {{1,2}, {3,4,5}};
int a = vec[0][1]; // 访问第0行第1列，a = 2
int b = vec[1][2]; // 访问第1行第2列，b = 5// 推荐：用 at() 访问（会做越界检查，更安全）
int c = vec.at(0).at(1); // 效果同上，越界时抛异常

(2) 添加元素

  • 添加一行：用  push_back()  直接添加一个内层  vector  作为新行。
  • 添加一列（扩展某行）：通过外层  vector  的索引找到目标行，再用  push_back()  给该行添加元素。
vector<vector<int>> vec = {{1,2}, {3,4}};// 1. 添加新行
vec.push_back({5,6,7}); // 结果：[[1,2], [3,4], [5,6,7]]// 2. 给第0行添加一个元素（扩展列）
vec[0].push_back(8); // 结果：[[1,2,8], [3,4], [5,6,7]]

(3)删除元素

  • 删除最后一行：外层  vector  调用  pop_back() 。
  • 删除某一行：外层  vector  调用  erase() ，通过迭代器指定行。
  • 删除某行的某个元素：找到目标行，调用该行（内层  vector ）的  erase() 。
vector<vector<int>> vec = {{1,2,8}, {3,4}, {5,6,7}};// 1. 删除最后一行
vec.pop_back(); // 结果：[[1,2,8], [3,4]]// 2. 删除第0行（通过迭代器）
vec.erase(vec.begin()); // 结果：[[3,4]]// 3. 给第0行删除第1个元素（列）
vec[0].erase(vec[0].begin() + 1); // 结果：[[3]]

4. 遍历二维 vector 

(1) 普通  for  循环（依赖索引）

vector<vector<int>> vec = {{1,2}, {3,4,5}};
// 外层循环遍历行，内层循环遍历每行的列
for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) 
{   // vec.size() 是行数for (int j = 0; j < vec[i].size(); ++j) { // vec[i].size() 是第i行的列数cout << vec[i][j] << " ";}cout << endl;
}

(2) 范围  for  循环（更简洁）

for (auto& row : vec) 
{          // 遍历每一行（用引用避免拷贝）for (auto& elem : row) {      // 遍历当前行的每个元素cout << elem << " ";}cout << endl;
}

5. 注意事项

  •  内存连续性：与普通二维数组（内存连续）不同，二维  vector  的每行（内层  vector ）是独立的内存块，整体内存不连续，访问效率略低于普通二维数组。
  • 行长度一致性：若需严格的“矩形二维数组”，需手动保证每行  size  相同（可封装函数检查或初始化时统一设置）。
  • 性能优化：频繁添加行时，可先给外层  vector  用  reserve(n)  预分配行数；频繁扩展某行时，给对应内层  vector  预分配列数，减少扩容开销。

典型使用场景:

  • 存储不规则数据（如每行元素个数不同的表格、稀疏矩阵）。
  • 动态调整大小的场景（如刷题时不确定输入数据的行数和列数）。
  • 作为函数参数传递（需注意传递方式，推荐用引用  const vector<vector<T>>&  避免拷贝）。

4. 总结:

本文介绍了C++中vector容器的基本概念和使用方法。vector是可变大小的序列容器，采用连续存储空间，支持高效随机访问和动态增长。文章详细讲解了vector的四种构造方式、常用成员函数（如size、capacity、resize、assign等）、遍历方法（下标、迭代器、范围for）以及二维vector的使用。重点内容包括：vector的动态扩容机制、元素访问和修改操作、二维vector的初始化和遍历（支持不规则数据结构）。vector相比数组和链表在随机访问和尾部操作上更高效，但在中间插入删除时性能较低，适合需要频繁访问和动态调整大小的场景。

感谢大家的观看!

http://www.xdnf.cn/news/20299.html

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