如何在C++中初始化和遍历vector

# 1. Vector的基本语法和操作

Vector是C++标准库中的一种动态数组，它可以存储相同类型的元素并自动管理内存分配。Vector具有以下特点：

- 动态大小：Vector的大小可以根据需要自动增长或缩小。
- 连续存储：Vector中的元素在内存中连续存储，因此访问元素非常高效。
- 迭代器支持：Vector支持迭代器，可以方便地遍历元素。

# 2. Vector的初始化和赋值

### 2.1 直接初始化

直接初始化是最简单的一种初始化方式，它直接使用大括号 `{}` 括起来的一组值来初始化一个 Vector。例如：

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};

这段代码创建了一个包含 5 个整数的 Vector，值分别为 1、2、3、4 和 5。

### 2.2 拷贝初始化

拷贝初始化使用另一个 Vector 或数组来初始化一个新的 Vector。新 Vector 的元素将与原始 Vector 或数组中的元素相同。例如：

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v2(v1);

这段代码创建了一个新的 Vector `v2`，其内容与 `v1` 相同。

### 2.3 列表初始化

列表初始化使用中括号 `[]` 括起来的一组值来初始化一个 Vector。与直接初始化不同，列表初始化不需要指定 Vector 的类型。例如：

std::vector v1 = {1, 2, 3, 4, 5};

这段代码创建了一个包含 5 个整数的 Vector，值分别为 1、2、3、4 和 5。

### 2.4 范围初始化

范围初始化使用一对迭代器来初始化一个 Vector。迭代器必须指向同一容器中的元素。例如：

std::vector<int> v1 = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v2(v1.begin(), v1.end());

这段代码创建了一个新的 Vector `v2`，其内容与 `v1` 相同。

# 3.1 迭代器遍历

迭代器是 C++ 中一种用于遍历容器的机制。它提供了一种方法来访问容器中的元素，而无需直接访问底层数据结构。对于 Vector，我们可以使用迭代器来遍历容器中的所有元素。

#### 3.1.1 begin() 和 end() 方法

Vector 提供了两个方法来获取迭代器：begin() 和 end()。begin() 方法返回指向容器中第一个元素的迭代器，而 end() 方法返回指向容器中最后一个元素的下一个位置的迭代器。

#include <vector>

using namespace std;

int main() {
  vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

  // 使用迭代器遍历 Vector
  for (vector<int>::iterator it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";  // 输出 Vector 中的元素
  }

  return 0;
}

**代码逻辑分析：**

* 创建一个 Vector `v`，并初始化一些值。
* 使用 `begin()` 方法获取指向第一个元素的迭代器。
* 使用 `end()` 方法获取指向最后一个元素的下一个位置的迭代器。
* 使用 `for` 循环遍历迭代器，并输出每个元素的值。

#### 3.1.2 auto 关键字

在 C++11 中，我们可以使用 `auto` 关键字来简化迭代器遍历的代码。`auto` 关键字会自动推断迭代器的类型，从而使代码更加简洁。

#include <vector>

using namespace std;

int main() {
  vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};

  // 使用 auto 关键字简化迭代器遍历
  for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " ";  // 输出 Vector 中的元素
  }

  return 0;
}

**代码逻辑分析：**

* 创建一个 Vector `v`，并初始化一些值。
* 使用 `begin()` 方法获取指向第一个元素的迭代器。
* 使用 `end()` 方法获取指向最后一个元素的下一个位置的迭代器。
* 使用 `for` 循环遍历迭代器，并输出每个元素的值。

使用 `auto` 关键字可以简化代码，因为它会自动推断迭代器的类型。这使得代码更加简洁易读。

# 4. Vector的常见操作

### 4.1 添加和删除元素

Vector提供了多种方法来添加和删除元素，包括：

#### 4.1.1 push_back()和pop_back()方法

* **push_back()方法：**在vector的末尾添加一个元素。
* **pop_back()方法：**删除vector末尾的元素。

**代码示例：**

#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v;

  // 添加元素
  v.push_back(10);
  v.push_back(20);
  v.push_back(30);

  // 删除元素
  v.pop_back();

  return 0;
}

**逻辑分析：**

1. `push_back()`方法将元素10、20、30添加到vector的末尾。
2. `pop_back()`方法删除vector末尾的元素，即30。

#### 4.1.2 insert()和erase()方法

* **insert()方法：**在vector的指定位置插入一个或多个元素。
* **erase()方法：**删除vector中指定位置或范围内的元素。

**代码示例：**

#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v = {10, 20, 30};

  // 在指定位置插入元素
  v.insert(v.begin() + 1, 15);

  // 删除指定位置的元素
  v.erase(v.begin() + 2);

  return 0;
}

**逻辑分析：**

1. `insert()`方法在vector的第二个位置插入元素15。
2. `erase()`方法删除vector中第二个位置的元素，即20。

### 4.2 查找和排序

Vector提供了多种方法来查找和排序元素，包括：

#### 4.2.1 find()和count()方法

* **find()方法：**返回vector中第一个匹配指定值的元素的迭代器。如果未找到，则返回vector的结束迭代器。
* **count()方法：**返回vector中指定值的出现次数。

**代码示例：**

#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v = {10, 20, 30, 20, 10};

  // 查找元素
  auto it = std::find(v.begin(), v.end(), 20);

  // 计算元素出现次数
  int count = std::count(v.begin(), v.end(), 10);

  return 0;
}

**逻辑分析：**

1. `find()`方法返回第一个匹配值20的元素的迭代器，即指向vector中第二个元素的迭代器。
2. `count()`方法返回值10在vector中出现的次数，即2。

#### 4.2.2 sort()和reverse()方法

* **sort()方法：**对vector中的元素进行排序（默认升序）。
* **reverse()方法：**将vector中的元素反转。

**代码示例：**

#include <vector>

int main() {
  std::vector<int> v = {30, 10, 20};

  // 对元素进行排序
  std::sort(v.begin(), v.end());

  // 反转元素
  std::reverse(v.begin(), v.end());

  return 0;
}

**逻辑分析：**

1. `sort()`方法将vector中的元素排序为{10, 20, 30}。
2. `reverse()`方法将排序后的vector反转为{30, 20, 10}。

# 5. Vector的进阶应用

### 5.1 Vector的内存管理

Vector在动态分配内存时，可能会存在内存浪费的情况。为了优化内存管理，Vector提供了以下方法：

- **reserve()方法：**
预留指定大小的内存空间。当向Vector中添加元素时，如果剩余空间不足，则会重新分配更大的内存空间。reserve()方法可以避免频繁的内存重新分配，提高效率。

   vector<int> v;
   v.reserve(100); // 预留100个元素的空间

- **capacity()方法：**
返回Vector当前分配的内存空间大小。

   cout << v.capacity() << endl; // 输出Vector分配的内存空间大小

- **shrink_to_fit()方法：**
将Vector的内存空间缩减到实际元素数量所需的大小。这可以释放多余的内存空间，减少内存浪费。

   v.shrink_to_fit(); // 将Vector的内存空间缩减到实际元素数量所需的大小

### 5.2 Vector的自定义比较器

在使用Vector进行排序时，默认情况下使用`<`运算符进行比较。为了自定义排序规则，Vector提供了自定义比较器的功能。

- **函数对象：**
函数对象是一种可以被调用并返回一个值的类。我们可以定义一个函数对象，重载`<`运算符，实现自定义的比较逻辑。

   struct MyComparator {
       bool operator()(const int& a, const int& b) {
           return a > b; // 降序排序
       }
   };

- **lambda表达式：**
lambda表达式是一种匿名函数，可以方便地定义自定义比较器。

   vector<int> v = {1, 3, 2, 4, 5};
   sort(v.begin(), v.end(), [](const int& a, const int& b) { return a > b; }); // 降序排序