C++ 中的 vector 容器详解与应用示例

vector 是 C++ 标准模板库（STL）中最常用的顺序容器之一。与数组相比，vector 具有动态大小调整、内存自动管理等特点，极大地方便了日常编程工作。本文将从 vector 的基本用法、常用操作、具体示例等方面进行详细介绍。

1. `vector` 简介

vector 是一种动态数组，可以根据需要自动调整其大小。在添加或删除元素时，vector 会自动分配和释放内存。

常见的 `vector` 操作：

自动扩展：当 vector 容量不足时，自动增加容量。
随机访问：通过下标访问元素，时间复杂度为 O(1)。
自动管理内存：当 vector 被销毁时，自动释放内存。

2. `vector` 的基本用法

#include <iostream>
#include <vector>int main() {// 定义一个存储 int 类型的 vectorstd::vector<int> vec;// 向 vector 中添加元素vec.push_back(10);vec.push_back(20);vec.push_back(30);// 输出 vector 的元素for (int i = 0; i < vec.size(); ++i) {std::cout << "vec[" << i << "] = " << vec[i] << std::endl;}// 获取 vector 的大小std::cout << "Vector size: " << vec.size() << std::endl;return 0;
}

vec[0] = 10
vec[1] = 20
vec[2] = 30
Vector size: 3

在上面的代码中，push_back() 用于向 vector 的尾部添加元素，size() 用于获取当前元素的个数。

3. 常用操作

1. 初始化 `vector`

可以通过多种方式初始化 vector：

// 空的 vector
std::vector<int> v1;// 使用默认值初始化
std::vector<int> v2(5);  // 创建包含 5 个元素的 vector，初始值为 0
std::vector<int> v3(5, 100);  // 创建 5 个元素，初始值为 100// 使用已有数组初始化
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> v4(arr, arr + 5);  // 使用数组的指针初始化

2. 插入与删除操作

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 在指定位置插入元素vec.insert(vec.begin() + 2, 10);  // 在第三个位置插入 10// 输出 vector 的所有元素for (int v : vec) {std::cout << v << " ";}std::cout << std::endl;// 删除第三个元素vec.erase(vec.begin() + 2);// 输出删除后的元素for (int v : vec) {std::cout << v << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

输出结果：

1 2 10 3 4 5 
1 2 3 4 5

3. 清空与释放内存

std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
vec.clear();  // 清空 vector，但容量不变
vec.shrink_to_fit();  // 释放未使用的内存

4. `vector` 的高级用法

1. 迭代器

vector 提供了随机访问迭代器，可以方便地遍历容器：

#include <iostream>
#include <vector>int main() {std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};// 使用迭代器遍历 vectorfor (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {std::cout << *it << " ";}std::cout << std::endl;return 0;
}

2. 反向遍历

vector 允许反向遍历

for (auto it = vec.rbegin(); it != vec.rend(); ++it) {std::cout << *it << " ";
}

3. 动态调整容量

vector 自动管理内存，但我们可以手动控制容量：

std::vector<int> vec;
vec.reserve(100);  // 预分配内存，防止频繁重新分配

5. 常见问题与优化

频繁插入删除问题：vector 的插入和删除操作在末尾效率较高，但在中间位置操作会导致大量元素的移动，建议在需要频繁插入或删除的情况下使用 std::list 或 std::deque。
内存管理：vector 在增长时会以倍数方式分配内存，减少内存分配的次数以提高效率。因此，如果已知大致的容量，可以提前使用 reserve() 进行预分配。
数据访问：vector 支持随机访问，访问效率非常高。与 list 相比，vector 更适合频繁访问数据的场景。