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从零到一学习c++（基础篇--筑基期七-vector与迭代器）

news 来源：原创 2025/5/18 10:31:39

从零到一学习C++（基础篇）作者：羡鱼肘子

温馨提示1：本篇是记录我的学习经历，会有不少片面的认知，万分期待您的指正。

温馨提示2：本篇会尽量用更加通俗的语言介绍c++的基础，用通俗的语言去解释术语。

温馨提示3：看本篇前可以先了解前篇的内容，知识体系会更加完整哦。

从零到一学习c++（基础篇--筑基期六-string）-CSDN博客

标准库类型vector

1. 什么是vector？

`vector` 的基本概念

定义

vector 是一个 动态数组（dynamic array），属于C++标准库中的 顺序容器（sequential container）。
头文件：#include <vector>
命名空间：std::vector<T>

核心特性

动态大小：元素数量可以动态增长或缩减。
连续存储：元素在内存中连续存放，支持快速随机访问（通过下标）。
类型安全：所有元素必须是相同类型 T。
自动内存管理：内存由 vector 自动分配和释放。

2. 基本用法

声明与初始化

#include <vector>
using namespace std;// 初始化方式
vector<int> v1;             // 默认初始化，空vector
vector<int> v2(v1);         // 拷贝v1的元素（v1和v2类型必须相同）
vector<int> v3 = v1;        // 等价于v2(v1)
vector<int> v4(5, 10);      // 5个元素，每个初始化为10
vector<int> v5(5);          // 5个元素，默认值初始化（int为0）
vector<int> v6{1, 2, 3};    // 列表初始化（C++11）
vector<int> v7 = {1, 2, 3}; // 等价于v6

添加元素

push_back()：在尾部插入元素。
emplace_back()（C++11）：直接在容器尾部构造元素（更高效）。
insert()：在指定位置插入元素（效率较低，需移动后续元素）。

vector<int> v;
v.push_back(42);          // 插入42
v.emplace_back(42);       // 直接构造42（避免复制）
v.insert(v.begin(), 100); // 在头部插入100

温馨小贴士：

为什么emplace_back()更高效？

1. push_back 的工作原理
假设你有一个类 Person：class Person {
public:Person(string name, int age) {cout << "构造函数被调用" << endl;}Person(const Person& other) {cout << "拷贝构造函数被调用" << endl;}
};
当你使用 push_back 时：
vector<Person> people;
people.push_back(Person("Alice", 25));
发生了什么呐？

构造临时对象：先调用构造函数 Person("Alice", 25)，创建一个临时对象。

拷贝到容器：再调用拷贝构造函数，将这个临时对象复制到 vector 的内存中。

销毁临时对象：临时对象被销毁。

多了一次额外的拷贝操作呢！

2. emplace_back 的工作原理

改用 emplace_back：
people.emplace_back("Alice", 25);
发生了什么？

直接构造：直接在 vector 的内存空间中调用构造函数 Person("Alice", 25)。

没有临时对象：不创建临时对象，因此没有拷贝操作！

3. 为什么更高效？

push_back：需要先构造对象，再拷贝到容器（如果对象很大，拷贝成本高）。

emplace_back：直接在容器内存中构造对象，跳过了临时对象和拷贝步骤。

性能提升：尤其对复杂对象（如包含大量数据的类）效果显著。

4. 技术原理

可变参数模板：emplace_back 使用 C++11 的可变参数模板，可以接受任意数量和类型的参数。

完美转发：将这些参数直接传递给对象的构造函数，实现“原地构造”（in-place construction）。

5. 对比示例

情况1：简单类型（如 int）
vector<int> v;
v.push_back(20);      // 构造临时int(20)，然后复制（或移动）
v.emplace_back(20);   // 直接构造，没有区别（但对int来说，优化不明显）
对简单类型，性能差异不大，但 emplace_back 仍更优。

情况2：复杂对象
class BigData {
public:BigData(int size) { /* 分配大量内存 */ }BigData(const BigData& other) { /* 深拷贝，成本高！ */ }
};vector<BigData> vec;
vec.push_back(BigData(1000));    // 1次构造 + 1次拷贝（代价高）
vec.emplace_back(1000);          // 仅1次构造（无拷贝）
对复杂对象，emplace_back 节省了深拷贝的时间。

6. 什么时候用 emplace_back？

当对象的构造函数需要参数时，优先用 emplace_back。

需要插入临时对象或直接传递参数时，用它更高效。

简单类型（如 int）可以用，但性能提升不明显。

总结：emplace_back 通过直接在容器内存中构造对象，避免了临时对象的创建和拷贝操作，是 C++11 后更高效的插入方式！ 😊

访问元素

v[n]：通过下标访问，不检查越界（类似数组）。
v.at(n)：通过下标访问，越界抛出 std::out_of_range 异常。
v.front()：返回第一个元素。
v.back()：返回最后一个元素。

cout << v[0];       // 访问第0个元素（不检查越界）
cout << v.at(1);    // 访问第1个元素（越界会抛出异常）（推荐）
cout << v.front();  // 第一个元素（即v[0]）
cout << v.back();   // 最后一个元素（即v[v.size()-1]）

删除元素

pop_back()：删除尾部元素。
erase()：删除指定位置的元素（返回指向下一个元素的迭代器）。
clear()：清空所有元素。

v.pop_back();      // 删除最后一个元素
v.clear();         // 清空所有元素
v.erase(v.begin() + 1); // 删除第2个元素（迭代器位置）

大小与容量

`vector` 的内存管理

size()：当前元素个数。
capacity()：当前分配的存储空间能容纳的元素数量。
resize(n)：调整 size 为 n，多出的元素默认初始化。
reserve(n)：预分配至少能容纳 n 个元素的内存（避免频繁扩容）。

动态扩容机制

当插入元素超过当前 capacity 时，vector 会重新分配更大的内存（通常是翻倍）。
扩容成本：需要拷贝所有元素到新内存，并释放旧内存。
优化策略：如果预先知道元素数量，使用 reserve() 减少扩容次数。

int size = v.size();      // 当前元素个数
bool isEmpty = v.empty(); // 是否为空
v.resize(10);             // 调整大小为10（多出的元素默认初始化）
int cap = v.capacity();   // 当前分配的内存能容纳的元素数量
v.reserve(100);           // 预分配内存（避免频繁扩容）vector<int> v;
v.reserve(100); // 预分配100个元素的内存
for (int i = 0; i < 100; ++i) {v.push_back(i); // 不会触发扩容
}

3. 遍历vector

方法1：下标遍历

for (int i = 0; i < v.size(); i++) {cout << v[i] << " ";
}

方法2：迭代器遍历

`vector` 的迭代器

迭代器提供了统一的访问容器元素的方式。
begin() 和 end() 返回指向首元素和尾后元素的迭代器。
范围for循环（C++11）底层依赖迭代器。

for (auto it = v.begin(); it != v.end(); it++) {cout << *it << " ";
}

温馨小贴士：

vector 的迭代器是 随机访问迭代器（支持 it + n 操作）。

修改 vector（如 push_back）可能导致迭代器失效。

以下操作会导致 vector 的迭代器、指针或引用失效：
插入元素：如果引发扩容，所有迭代器失效。

删除元素：被删除元素之后的迭代器失效。

性能建议

避免在中间位置频繁插入或删除（时间复杂度 O(n)）。

优先使用 emplace_back 代替 push_back（减少拷贝开销）。
vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();
v.push_back(4); // 可能导致扩容，it失效！
cout << *it;    // 未定义行为！

方法3：范围循环（C++11+）

for (auto num : v) {cout << num << " ";
}

对比其他容器

容器	特点
`vector`	动态数组，尾部操作高效，支持随机访问，内存连续
`list`	双向链表，任意位置插入/删除高效，不支持随机访问
`deque`	双端队列，头尾插入/删除高效，支持随机访问
`array`	固定大小数组，不支持动态扩容

4. 重要特性小结

动态扩容

当插入元素超过当前容量时，vector会自动分配更大的内存（通常是当前容量的2倍）。
频繁扩容会影响性能，可以用 reserve() 预先分配足够空间。

元素连续存储

所有元素在内存中是连续存放的，类似数组。
支持指针算术操作（例如 &v[0] 是首元素地址）。

5. 注意事项

越界访问：v[i]不会检查越界，但v.at(i)会抛出std::out_of_range异常。
迭代器失效：
- 在修改vector（如插入、删除）后，旧的迭代器可能失效。
- 例如，push_back可能导致内存重新分配，之前的迭代器指向无效地址。
性能：
- 尾部插入/删除（push_back/pop_back）高效（O(1)时间）。
- 中间插入/删除需要移动元素，效率较低（O(n)时间）。

6. 示例代码

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;int main() {vector<int> v;          // 空vectorv.reserve(10);          // 预分配内存for (int i = 0; i < 10; ++i) {v.emplace_back(i);  // 插入0~9}// 修改元素v[0] = 100;// 删除偶数for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ) {if (*it % 2 == 0) {it = v.erase(it); // erase返回下一个有效迭代器} else {++it;}}// 输出结果for (int num : v) {cout << num << " ";}// 输出：100 1 3 5 7 9return 0;
}

7. 什么时候用vector？

需要频繁在尾部添加/删除元素。
需要随机访问元素（通过下标）。
不确定元素数量，需要动态调整大小。

通过以上的学习，我们接触到了一个新的词：迭代器，那么什么是迭代器呢？

迭代器（强化概念）

1. 迭代器的基本概念

什么是迭代器？

迭代器是访问和操作容器（如 vector、list、map 等）元素的通用机制。
行为类似指针：可以解引用（*it）访问元素，用箭头操作符（->）访问成员，支持移动（++it、--it）。
迭代器是容器和算法之间的桥梁，使得算法可以独立于容器类型工作。

为什么需要迭代器？

提供统一的元素访问方式，避免直接操作容器内部结构。
支持泛型编程（例如 sort() 函数可以对所有支持随机访问迭代器的容器排序）。

2. 迭代器的基本操作

获取迭代器

vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it_begin = v.begin(); // 指向第一个元素的迭代器
auto it_end = v.end();     // 指向尾后元素（最后一个元素的下一个位置）

常用操作

操作	说明
`*it`	解引用，获取迭代器指向的元素
`it->mem`	访问元素的成员（等价于 `(*it).mem`）
`++it` / `it++`	移动到下一个元素
`--it` / `it--`	移动到上一个元素（仅双向或随机访问迭代器支持）
`it1 == it2`	判断两个迭代器是否指向同一位置
`it + n` / `it - n`	随机访问迭代器支持跳跃（如 `vector`）

3. 迭代器类型

迭代器类别

C++ 标准库定义了 5 类迭代器（从功能弱到强排序）：

输入迭代器（Input Iterator）：只读，单遍扫描（如 istream_iterator）。
输出迭代器（Output Iterator）：只写，单遍扫描（如 ostream_iterator）。
前向迭代器（Forward Iterator）：可读写，多遍扫描（如 forward_list 的迭代器）。
双向迭代器（Bidirectional Iterator）：可前向和后向移动（如 list 的迭代器）。
随机访问迭代器（Random Access Iterator）：支持所有指针算术操作（如 vector、deque 的迭代器）。

不同容器的迭代器类型

容器	迭代器类型
`vector`	随机访问迭代器
`deque`	随机访问迭代器
`list`	双向迭代器
`forward_list`	前向迭代器
`map`/`set`	双向迭代器

4. 迭代器的使用

遍历容器

vector<int> v = {1, 2, 3};
// 使用迭代器遍历
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {cout << *it << " ";
}
// 使用范围for循环（底层依赖迭代器）
for (int num : v) {cout << num << " ";
}

修改元素

vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();
*it = 100; // 将第一个元素改为100

5. 迭代器失效问题

何时失效？

向容器中添加或删除元素可能导致迭代器失效（尤其是 vector 和 string）。
具体场景：
1. 添加元素：
  - 如果引发扩容（push_back 导致 size > capacity），所有迭代器失效。
2. 删除元素：
  - 被删除元素之后的迭代器失效。

示例

vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();
v.push_back(4);      // 可能导致扩容，it 失效！
cout << *it << endl; // 未定义行为！

如何避免？

在修改容器后，重新获取迭代器。
使用返回值更新迭代器（例如 erase() 返回删除后的下一个有效迭代器）。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
auto it = v.begin();
while (it != v.end()) {if (*it % 2 == 0) {it = v.erase(it); // erase 返回下一个有效迭代器} else {++it;}
}

6. 特殊迭代器

1. `const_iterator`

用于只读访问容器元素，不能修改元素。
通过 cbegin() 和 cend() 获取。

vector<int> v = {1, 2, 3};
vector<int>::const_iterator cit = v.cbegin();
// *cit = 10; // 错误：不能修改元素

2. 反向迭代器（reverse_iterator）

从后向前遍历容器，通过 rbegin() 和 rend() 获取。
仅双向或随机访问迭代器支持。

vector<int> v = {1, 2, 3};
for (auto rit = v.rbegin(); rit != v.rend(); ++rit) {cout << *rit << " "; // 输出 3 2 1
}

3. 插入迭代器（insert_iterator）

用于向容器中插入元素（如 back_inserter、front_inserter）。
示例：

vector<int> v = {1, 2, 3};
auto back_it = back_inserter(v); // 插入到尾部
*back_it = 4; // v变为 [1, 2, 3, 4]

7. 迭代器与算法

标准库算法（如 sort、find）通过迭代器操作容器：

vector<int> v = {3, 1, 4, 2};
sort(v.begin(), v.end()); // 排序 [1, 2, 3, 4]
auto it = find(v.begin(), v.end(), 3); // 查找元素3的位置

8. 迭代器辅助函数

`advance` 和 `distance`

advance(it, n)：将迭代器移动 n 步。
distance(it1, it2)：计算两个迭代器之间的距离。
注意：distance 的时间复杂度取决于迭代器类型（随机访问迭代器为 O(1)，其他为 O(n)）。

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
auto it = v.begin();
advance(it, 3);       // it 指向4
cout << *it << endl;  // 输出4
cout << distance(v.begin(), it) << endl; // 输出3

9. 注意事项

不要解引用 end() 迭代器：它指向尾后元素，不可解引用。
迭代器类型必须匹配：不同容器的迭代器类型不同，不能混用。
谨慎处理迭代器失效：修改容器后，迭代器可能失效。

从零到一学习c++（基础篇--筑基期七-vector与迭代器）

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编程日记 2025/5/17 23:40:31

中间件-安装Minio-集成使用（ubantu-docker）

目录 1、安装docer 2、运行以下命令拉取MinIO的Docker镜像 3、检查当前所有Docker下载的镜像 4、创建目录 5、创建Minio容器并运行 6、SDK操作 FileUploader.java 1、安装docer 参考这篇：Linux安装Docker 2、运行以下命令拉取MinIO的Docker镜像 docker pull…...

编程日记 2025/5/16 11:46:21

vue3: const一个function怎么写呢？

问： 用ref或者reactive定一个一个const refCharts ref(function xxx (config){ xxxxx,xxxxx xxxx,xxxx })请问怎么写？ 回答： 在 Vue 3 中，ref 和 reactive 是两种常用的响应式数据定义方式。ref 用于定义单个响应式对象或原始值…...

编程日记 2025/5/17 20:32:19

【JVM详解三】垃圾回收机制

一、对象是否存活强引用：Object obj new Object(); 只要强引用还在，垃圾收集器永远不会回收掉被引用的对象。在不用对象的时将引用赋值为 null，能够帮助垃圾回收器回收对象。比如 ArrayList 的 clear() 方法实现。软引用（SoftRe…...

编程日记 2025/5/16 6:02:26

dbeaver 安装之后出现mysql连接异常问题

1.手动下载mysql驱动程序参考文档DBeaver连接mysql驱动下载失败怎么办？-CSDN博客 2.添加对应的下载程序到dbeaver 【DBeaver】缺少mysql驱动_dbeaver连接mysql缺少驱动-CSDN博客配置mysql 地址端口账户等即可使用...

编程日记 2025/5/1 5:04:20

Android Studio历史版本下载

Android Studio历史版本下载历史版本所在网站: https://developer.android.google.cn/studio/archive 等待加载 1、（需要点击switch to english）然后出现Terms and conditions 2、滑到最下面，点击I agree to the terms，之后才会…...

编程日记 2025/5/14 5:26:12

【每日一题 | 2025】2.3 ~ 2.9

个人主页：GUIQU. 归属专栏：每日一题文章目录 1. 【2.3】P8784 [蓝桥杯 2022 省 B] 积木画2. 【2.4】P8656 [蓝桥杯 2017 国 B] 对局匹配3. 【2.5】[ABC365D] AtCoder Janken 34. 【2.6】P8703 [蓝桥杯 2019 国 B] 最优包含5. 【2.7】P8624 [蓝桥杯 2015…...

编程日记 2025/5/10 8:34:12

国产编辑器EverEdit - 迷你查找

1 迷你查找 1.1 应用场景某些场景下，用户不希望调出复杂的查找对话框，此时可以使用迷你查找窗口。 1.2 使用方法选择主菜单查找 -> 迷你查找，或使用快捷键Ctrl Alt F，会在右上角弹出迷你查找窗口，如下图所示…...

编程日记 2025/5/16 14:59:09

制药行业 BI 可视化数据分析方案

一、行业背景随着医药行业数字化转型的深入，企业积累了海量的数据，包括销售数据、生产数据、研发数据、市场数据等。如何利用这些数据，挖掘其价值，为企业决策提供支持，成为医药企业面临的重大挑战。在当今竞争激烈的…...

编程日记 2025/5/14 7:07:08

第40天:Web开发-JS应用VueJS框架Vite构建启动打包渲染XSS源码泄露代码审计

#知识点 1、安全开发-VueJS-搭建启动&打包安全 2、安全开发-VueJS-源码泄漏&代码审计一、Vue搭建创建项目启动项目 1、Vue 框架搭建->基于nodejs搭建，安装nodejs即可参考：https://cn.vuejs.org/ 已安装18.3或更高版本的Node.js 2、Vue 创建…...

编程日记 2025/5/15 13:18:18

2.10学习总结

今天接着看了数据结构，但是跟指针有关的看不懂（万恶的指针），写了考试的补题。 #include <stdio.h> #include <stdlib.h> int a[1000005]; int main() {int n,i,x0;scanf("%d",&n);for(i1;i<n;i){x;i…...

编程日记 2025/5/14 19:33:49

MySQL 中可以通过添加主键来节省磁盘空间吗？（译文）

从历史上看，MySQL 不需要在表上定义显式主键，直到今天默认都是这样。不过，这种要求是通过两种复制方法施加的：组复制和 Percona XtraDB 集群 （PXC），默认情况下不允许使用没有主键的表。对于缺少…...

编程日记 2025/5/17 4:04:07

Django在终端创建项目（pycharm Windows）

1.选择目录选择或新建一个文件夹，作为项目保存的地方 2.右键在终端打开 3.确定django-admin.exe安装位置找到自己安装django时，django-admin.exe安装的位置，例如 4.运行命令使用django-admin.exe的绝对路径，在刚才打开的终端…...

编程日记 2025/5/16 22:41:04

IDEA接入DeepSeek

IDEA 目前有多个途径可以接入deepseek，比如CodeGPT或者Continue，这里借助CodeGPT插件接入，CodeGPT目前用的人最多，相对更稳定一、安装 1.安装CodeGPT idea插件市场找到CodeGPT并安装 2.创建API Key 进入deepseek官网&#xf…...

编程日记 2025/5/18 8:31:18

Linux 内核自旋锁spinlock（二）--- ticket spinlock

文章目录前言一、ticket spinlock二、源码分析2.1 spin_lock_init2.2 spin_lock2.2 spin_unlock 参考资料前言自旋锁是 Linux 内核中最底层的互斥机制。因此，它们对内核的安全性和性能有着巨大的影响，因此对各种（特定架构的）自…...

编程日记 2025/5/13 17:34:41

Elixir语言的计算机基础

Elixir语言的计算机基础引言 Elixir是一种现代的编程语言，建立在Erlang虚拟机（BEAM）上，专注于并发、分布式系统和容错能力。随着互联网的发展，应用程序的需求变得越来越复杂，Elixir凭借其高效的性能、灵…...

编程日记 2025/5/18 2:04:55

MindStudio制作MindSpore TBE算子（二）算子测试

在上一节中，成功制作了Mindspore的Add算子，具体可以查看MindStudio制作MindSpore TBE算子（一）算子制作，这一节，一起看看如何对算子进行测试。建议参考以下内容一起食用： 算子代码实现 MindSpor…...

编程日记 2025/5/16 20:33:33

深度解读城市地下网管管廊改造要点

引言近日国家发改委和住建部联合发布通知（后附），要求各地抓紧编制“城市地下管网和综合管廊建设改造实施方案”并于12月27日前报国家发改委和住建部相关司处，逾期未报的城市（县、区），视同自愿…...

编程日记 2025/5/17 1:40:01

一、简易单机版 1、镜像拉取 # docker hub 镜像 docker pull redis:7.0.4-bullseye # 阿里云镜像 docker pull alibaba-cloud-linux-3-registry.cn-hangzhou.cr.aliyuncs.com/alinux3/redis_optimized:20240221-6.2.7-2.3.0 2、运行镜像 docker run -itd --name redis \n …...

编程日记 2025/5/17 9:17:00

Day88：加载游戏图片

在游戏开发中，加载和显示图片是非常常见的需求，尤其是在 2D 游戏中，角色、背景、道具、敌人等都需要用图片来表示。今天，我们将学习如何在 Python 游戏开发中使用 Pygame 加载并显示图片。 1. 加载游戏图片的基本步骤在 Pygame 中加载图片通常需要以下几个步骤：导入 P…...

编程日记 2025/5/16 16:26:00