Vector:C++ 实现vector
在C++编程语言中,`std::vector`是标准模板库(STL)中的一种容器,它提供了一种动态数组的概念,允许程序员在运行时改变数组的大小。`vector`不仅提供了数组的功能,还具备了自动内存管理的能力,使得在添加或删除元素时更加便捷和高效。下面将详细探讨`std::vector`的实现、特性、操作以及常见用法。 1. **实现原理**: `std::vector`通常由一个底层的动态数组支持,这个数组会在需要时自动扩展。当插入元素超过当前数组容量时,`vector`会创建一个新的更大数组,并将旧数组中的元素复制到新数组中,然后释放旧数组。这个过程称为“动态重分配”或“容量增长”。C++标准库并没有规定具体的增长策略,但通常采用双倍增长策略来最小化内存重分配的频率。 2. **基本操作**: - **构造与初始化**:可以使用默认构造函数创建空向量,或者通过指定初始值或大小来初始化。 - **访问元素**:可以通过下标运算符`[]`访问向量的元素,也可以使用`at()`方法,它会进行边界检查。 - **添加元素**:`push_back()`用于在末尾添加元素,`emplace_back()`则直接在末尾构造元素,避免了拷贝。 - **插入元素**:`insert()`函数可以在任意位置插入元素。 - **删除元素**:`erase()`用于删除指定位置的元素,`pop_back()`则移除最后一个元素。 - **大小与容量**:`size()`返回元素数量,`capacity()`返回当前分配的内存大小,`reserve()`可以预分配内存以减少重分配次数。 3. **迭代器**: `vector`提供了迭代器,允许我们使用迭代器遍历向量中的所有元素,如同操作数组一样。`begin()`返回指向第一个元素的迭代器,`end()`返回指向末尾之后的迭代器。 4. **效率分析**: - 插入和删除元素在末尾(即`push_back()`和`pop_back()`)通常具有O(1)的时间复杂度,因为这只需要改变几个指针。 - 在中间位置插入或删除元素通常具有O(n)的时间复杂度,因为可能需要移动所有后续元素。 5. **注意事项**: - 向量的大小和容量不同,大小表示实际存储的元素数量,而容量则指当前分配的内存可容纳的最大元素数。 - 当向量的大小超过其容量时,会发生动态重分配,可能导致性能下降。因此,在预先知道大致元素数量时,使用`reserve()`可以提高效率。 - 避免使用`vector`的裸指针,因为重分配可能导致指针失效。 6. **模板参数**: `std::vector`是一个模板类,可以用来存储任何类型的对象,如`std::vector<int>`、`std::vector<std::string>`等。模板参数包括元素类型和(可选的)一个自定义的分配器类型。 7. **STL算法**: `vector`与其他STL容器一样,可以与STL算法很好地配合,如`sort()`, `find()`, `transform()`等,增强了代码的可读性和复用性。 `std::vector`在C++中扮演着重要的角色,它是动态数组的首选实现,提供了丰富的功能和良好的性能。理解和熟练使用`vector`是每个C++程序员必备的技能。在实际编程中,我们需要根据需求选择合适的数据结构,充分利用`vector`的优势,同时注意其潜在的性能问题,以编写出高效且易于维护的代码。