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【C++】vector

news 来源：原创 2025/5/7 23:18:21

`vector` 是一种容器，广泛存在于多种编程语言中，如 C++、Rust、Java 等。它是一种动态数组，可以存储任意类型的元素，并且可以根据需要自动调整大小。下面我将详细介绍 `vector` 的概念和使用方法，主要以 C++ 中的 `std::vector` 为例。

### 1. 概念

- **动态数组**：与静态数组不同，`vector` 可以在运行时改变其大小。当添加或移除元素时，`vector` 会根据需要自动调整内部存储。
- **连续内存**：`vector` 内部的元素是存储在一块连续的内存区域中的，这使得随机访问非常高效（O(1) 时间复杂度）。
- **随机访问**：由于元素存储在连续的内存块中，可以通过索引快速访问任何一个元素。
- **迭代器支持**：`vector` 支持标准库迭代器，可以方便地遍历元素。
- **容量与大小**：`vector` 有两个重要的属性，`size()` 表示当前已存储的元素数量，`capacity()` 表示分配的内存空间可以容纳的元素数量。容量通常大于或等于大小，以避免频繁的内存重新分配。

### 2. 基本操作

- **创建和初始化**：
- 默认构造函数：`std::vector<int> vec;`
- 初始化列表：`std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4};`
- 指定大小和初始值：`std::vector<int> vec(5, 10); // 创建一个包含5个10的vector`

- **添加元素**：
- `push_back(value)`：在 `vector` 的末尾添加一个元素。
- `emplace_back(args...)`：直接在 `vector` 末尾构造一个新元素，避免了不必要的拷贝或移动。

- **移除元素**：
- `pop_back()`：移除 `vector` 末尾的元素。
- `erase(position)` 或 `erase(start, end)`：移除指定位置或范围内的元素。

- **访问元素**：
- `operator[]`：通过索引访问元素，例如 `vec[0]`。
- `at(index)`：安全地通过索引访问元素，如果索引超出范围则抛出 `out_of_range` 异常。
- `front()` 和 `back()`：分别获取第一个和最后一个元素。

- **修改容量**：
- `reserve(new_capacity)`：预先分配至少 `new_capacity` 大小的内存，不改变 `size()`。
- `resize(new_size, value)`：调整 `vector` 的大小，用 `value` 填充新增加的元素。

- **清空**：
- `clear()`：移除所有元素，但不会释放分配的内存，`capacity()` 不变。

- **交换**：
- `swap(other_vector)`：与另一个 `vector` 交换内容。

- **比较**：
- `==`, `!=`, `<`, `<=`, `>`, `>=`：用于比较两个 `vector` 的内容。

### 3. 性能考虑

- **插入和删除**：在 `vector` 的末端进行插入和删除操作的时间复杂度为 O(1)，但在中间或开头进行这些操作的时间复杂度为 O(n)，因为需要移动后续的元素。
- **内存管理**：`vector` 会在需要更多空间时自动增加容量，这可能会导致内存重新分配。为了优化性能，可以在创建 `vector` 时使用 `reserve` 函数来预先分配足够的内存。

### 4. 容器适配器

`vector` 还可以作为其他容器的基础，比如 `stack`（栈）、`queue`（队列）等，通过限制 `vector` 的某些接口来实现特定的数据结构。

### 5. 注意事项

- **线程安全**：C++ 标准库中的 `std::vector` 不是线程安全的，如果多个线程同时访问同一个 `vector`，需要自行实现同步机制。
- **异常安全性**：大多数 `vector` 的操作提供基本的异常保证，即如果操作抛出异常，`vector` 的状态不会被破坏，但是任何已经完成的操作仍然有效。

以上是对 `vector` 的基本介绍，具体到不同的编程语言，`vector` 的实现细节可能会有所不同。如果你有针对特定语言或者更深入的问题，欢迎继续提问。

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