3. vector容器
(1)普通数组与vector
只要能够使用数组的地方,就一定可以使用vector代替,前面说到,vector其实就是
数组,只是空间开辟于堆中。普通数组长度是固定的,但是vector容器的容量和大小
可以根据实际情况不同而改变。
容量与大小:
对于vector来说容量和大小是不同的,容量>=大小,
容量:vector容器最大能够存放的元素个数。
大小:vector容器当前实际存放的元素个数。
使用数组存放数据时实际上也存在容量与大小的关系,只是平时我们不并
不关心这个问题。
当数组空间未存满时,数组实际元素个数就是大小,数组的最大元素空间
就是容量。
获取vector的容量和大小:
分别通过vector的size()和capacity()成员函数便可以获取vector的容
量和大小。
(2)vector容器的优缺点
优点:vector容器的容量和大小可以可根据情况变更。
缺点:vector本质上是一个单端数组,在其末尾添加和删除元素,效率都很高,
但是在vector的中间插入和删除效率就很低,这会导致大量的元素需
要被移动。
(3)创建vector
(1)创建一个空的,存放基本类型数据的vector
std::vector<int> v;
vector属于std命名空间,因此需要使用std::,该定义表示利用vector
容器类的默认构造器创建了一个vector,该容器存放的数据类型为int型,
vector的容量和大小都是0。
cout <<"大小:"<< v.capacity() <<endl;
cout <<"容量:"<< v.size() <<endl;
打印结果都为0。
创建一个空的vector容器并不是一种高效的创建方式,因为向vector
容器添加新元素时,会导致频繁的扩充容器空间,操作效率很低,因此
很多时候我们都会给容器预先指定一定大小的初始空间,提高操作效率。
(2)创建一个有一定大小vector
(1)创建存放基本类型数据的vector
std::vector<int> v(10);
调用vector容器的有参构造函数,该参数用于说明容器的大小和容量。
创建有一定空间,用于存放基本类型数据的vector时,
(1)所有元素都会被初始化为0
(2)最开始时,容器的容量==大小,
比如打印出定义的v的容量和大小,
cout <<"容量:"<< v.capacity() <<endl;
cout <<"大小:" v.size() <<endl;
打印结果都为10。
当向容器里面插入新的数据时,容器中的容量扩大的速度大于大小扩大的速度,
多出来的冗余空间是为了提高容器的效率。
比如:
v.insert(v.begin(), 23);
cout <<"容量:" v.capacity() << endl;
cout <<"大小:" v.size() << endl;
打印结果:
容量:20
大小:11
(2)创建存放类类型对象的vector
student() {
public:
private:
string anme;
int num;
};
std::vector<Student> vstus(20);
创建一个vector容器,包含20个Student对象,每个对象都调用Student
类的默认构造函数进行初始化,所以对于Student类来说,要求必须实现
其默认构造函数。
由于这里定义的Student类没有其它构造函数,所以编译器会提供默认
构造函数。
至于需不需要显式定义拷贝构造函数和析构函数,需要根据实际情况而
定,为了保证类定义标准化和完整性,建议写出。
在类中最好提供=和<的重写,否则当涉及给最容器中的内容进行排序时,
可能会出现问题。不过很多时候,容器都提供了默认的比较方法,因此
都能按照默认比较方法对容器中的数据进行排序。
(3)创建时给容器给一些初始值
不能够直接使用一组数据初始化vetor容器,但是可以使用定义好的c++
数组初始化vector容器。
(1)方法1:赋值
(1)基本类型数据
int buf[] = {1, 2, 4, 3, 6, 7, 8, 9, 0};
std::vector<int> v(10);
for(int i=0; i<sizeof(buf)/sizeof(buf[0]); i++) {
v[i] = buf[i];
}
for(int i=0; i<v.size(); i++) {
cout << v[i] << endl;
}
(2)类对象
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
using namespace std;
/* 定义一个学生结构体 */
class Student {
public:
Student(const string name=" "):name(name) { }
string name;
};
int main(void)
{
/* 定义一个对象数组并初始化对象数组 */
Student stu[10];
char tmp[3] = {0};
string n("name");
for(int i=0; i<sizeof(stu)/sizeof(stu[0]); i++) {
sprintf(tmp, "%d", i);
stu[i] = Student(n+tmp);
}
/* 使用赋值的方式,对象数组元素赋值给vector容器 */
std::vector<Student> v(10);
for(int i=0; i<sizeof(stu)/sizeof(stu[0]); i++) {
v[i] = stu[i];
}
for(int i=0; i<v.size(); i++) {
cout << v[i].name << endl;
}
return 0;
}
(2)方法2
(1)基本类型
int buf[] = {1, 2, 4, 3, 6, 7, 8, 9, 0};
std::vector<int> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
for(int i=0; i<v.size(); i++) {
cout << v[i] << endl;
}
或者
std::vector<int> v(10, 3.14);
for(int i=0; i<v.size(); i++) {
cout << v[i] << endl;
}
创建一个10个元素空间的vector容器,初始值都是3.14。
(2)类对象
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
using namespace std;
/* 定义一个学生结构体 */
class Student {
public:
Student(const string name=" "):name(name) { }
string name;
};
int main(void)
{
/* 定义一个对象数组并初始化对象数组 */
Student stu[10];
char tmp[3] = {0};
string n("name");
for(int i=0; i<sizeof(stu)/sizeof(stu[0]); i++) {
sprintf(tmp, "%d", i);
stu[i] = Student(n+tmp);
}
/* 利用对象数组初始化vector容器 */
std::vector<Student> v(stu, stu+sizeof(stu)/sizeof(stu[0]));
for(int i=0; i<v.size(); i++) {
cout << v[i].name << endl;
}
return 0;
}
从例子中不难看出,构造函数需要两个迭代器参数用于指定间隔,
这里使用的是指针,前面讲过,指针其实就是一种特殊的迭代器,
这两个参数指定的是半开间隔,所谓半开间隔(半开区间)就是
包含前一个范围界限,但是不包含后一个范围界限。
(4)resize()函数和reserve()函数
(1)resize()函数
利用参数指定新的元素个数,用于修改容器的大小(不是容量),
如果新的大小比原来小,尾部元素就被删除。如果比原来大小
要大,就在容器尾部添加新元素空间,如果数据是基本类型,
新加的元素的默认值为0,如果对象的话,需要看实际情况。
std::vector<int> v(10);
cout << v.size() << endl;
v.resize(6);
cout << v.size() << endl;
(2)reserves()函数
利用其参数用于指定vector容器的最小容量,如果设置的容量
值小于当前容量,容量就保持不变。
std::vector<int> v(10);
cout << v.capacity() << endl;
v.reserve(16);
cout << v.capacity() << endl;
(5)在容器中存放指针
在前面的内容提到过,可以在容器中存放副本和指针,存放副本方式的
效率比较低,修改了副本后,原对象的值不会变化,修改了原对象的值
后,容器中存放的副本的值又不会发生变化。
存放指针可以提高效率,但是要注意,如果容器存放的指针指向的空间
释放了的话会造成野指针,因此使用时需要格外小心。
(1)例子:存放副本的
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
using namespace std;
/* 定义一个学生结构体 */
class Student {
public:
Student(const string name=" "):name(name) { }
string name;
};
int main(void)
{
Student stu[5];
std::vector<Student> v(5);
for(int i=0; i<5; i++) {
stu[i] = Student("name");
v[i] = stu[i];
}
for(int i=0; i<5; i++) cout << v[i].name <<endl;
cout<<endl;
stu[4].name = "zhangsan";
for(int i=0; i<5; i++) cout << v[i].name <<endl;
return 0;
}
运行结果:
name
name
name
name
name
name
name
name
name
name
例子分析:
由于vector容器中存放的是副本,因此对原内容修改后,容器
中的内容并不会发生改变。
(2)例子:存放指针
还是继续上面的例子,只是将容器中存放的数据改为指针。
将主函数的内容修改为如下:
Student *stu[5];
std::vector<Student *> v(5);
for(int i=0; i<5; i++) {
stu[i] = new Student("name");
v[i] = stu[i];
}
for(int i=0; i<5; i++) cout << v[i]->name <<endl;
cout<<endl;
stu[4]->name = "zhangsan";
for(int i=0; i<5; i++) cout << v[i]->name <<endl;
运行结果:
name
name
name
name
name
name
name
name
name
zhangsan
例子分析:
由于容器中存放的时指针,因此利用指针修改的是原对象的内容。
(4)访问(读写)vector容器中元素
(1)使用[]访问
在之前访问vector容器的例子中,我们一直使用的都是[]的方式进行
容器元素的当问。
(2)迭代器访问
(1)正向迭代器
涉及的成员函数。
begin():返回迭代器,它指向第一个元素
end():返回迭代器,它指向最后一个元素后面的元素
对迭代器可以++/--,+b/-n运算,使用*解引用后,就可以可以访问迭代器指向的元素内容。
例子:
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
using namespace std;
class Student {
public:
Student(const string name=" "):name(name) { }
string name;
};
void show_vector(std::vector<Student *>::iterator first, std::vector<Student *>::iterator last) {
for(; first!=last; first++)
cout << (*first)->name <<endl;
}
int main(void)
{
Student *stu[5];
std::vector<Student *> v(5);
for(int i=0; i<5; i++) {
stu[i] = new Student("name");
v[i] = stu[i];
}
show_vector(v.begin(), v.end());
(*(v.begin()+2))->name = "wangwu";
(*(v.end()-1))->name = "lisi";
cout<<endl;
show_vector(v.begin(), v.end());
return 0;
}
运行结果:
name
name
name
name
name
name
name
wangwu
name
lisi
例子分析:
(迭代器其实是一种抽象的指针,可以这么理解,所有需要解引用才可以访问)
begin和end函数返回的是vcteor容器提供的随机迭代器,访问器所指
向的元素时,需要使用*进行解引用,由于容器中存放的是对象的地址,
因此访问对象的name时,需要使用->访问符。
(2)反向迭代器
vector提供的反向迭代器为std::vector<Student *>::reverse_iterator
与之对应的是rbegin()和rend()函数。使用反向迭代器时,不能使用
用begin()和end()函数,反之也是如此。
请自己写代码验证反向迭代器。
(3)直接访问元素内容
涉及的成员函数:
(1)front():引用第一个元素
(2)back():引用最后一个元素
(3)at():引用指定索引的元素
可以直接访问空间,不需要*解引用。
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
using namespace std;
class Student {
public:
Student(const string name=" "):name(name) { }
string name;
};
void show_vector(std::vector<Student *> &v) {
for(int i=0; i<v.size(); i++)
cout << v.at(i)->name <<endl;
}
int main(void)
{
Student *stu[5];
std::vector<Student *> v(5);
for(int i=0; i<5; i++) {
stu[i] = new Student("name");
v[i] = stu[i];
}
show_vector(v);
v.front()->name = "wangwu";
v.back()->name = "joinash";
v.at(2)->name = "washion";
cout<<endl;
show_vector(v);
return 0;
}
运行结果:
name
name
name
name
name
wangwu
name
washion
name
joinash
(3)vector访问方式总结
从前面的了解中,我们不难发现,vector的访问方式非常灵活,使用
[]/迭代器/直接访问等方式都可以。
(5)使用vector提供的成员函数来添加/删除vector中的元素
(1)涉及的成员函数
(1)push_back():把参数(对象)添加到vector的最后位置
(2)pop_back():删除vector尾部的元素
(3)erase():删除任意位置的一个或者多个元素
(4)clear():删除所有的元素
(5)insert():在vector中的指定位置插入一个或多个对象。
该函数提供了两个重载版本和一个函数模板。
iterator insert ( iterator position, const T& x );
void insert ( iterator position, size_type n, const T& x );
template <class InputIterator> void insert ( iterator position, InputIterator first, InputIterator last );
(6)empty():判断vector是否为空,避免对空vector进行操作。
(2)例子
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include <vector>
#include <algorithm>
void show_vector(std::vector<int>::iterator first, std::vector<int>::iterator end) {
for( ;first!=end; first++) cout << *first << " ";
cout << endl;
cout << endl;
}
int main(void)
{
int buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
std::vector<int> v;
cout << "将buf中下表[1-10)元素插入v,1-10是半开区间,含1不含10 "<<endl;
v.insert(v.end(), buf+1, buf+10);
show_vector(v.begin(), v.end());
cout << "添加一个元素7到vector的末尾"<<endl;
v.push_back(7);
show_vector(v.begin(), v.end());
cout << "删除最后一个元素" << endl;
v.pop_back();
show_vector(v.begin(), v.end());
cout << "删除第2个到第5个半开区间的元素" << endl;
v.erase(v.begin()+1, v.begin()+4);
show_vector(v.begin(), v.end());
cout << "在第4个元素未知插入元素111"<<endl;
v.insert(v.begin()+3, 111);
show_vector(v.begin(), v.end());
return 0;
}
运行结果:
将buf中下表[1-10)元素插入v,1-10是半开区间,含1不含10
2 3 5 4 7 8 9 0 23
添加一个元素7到vector的末尾
2 3 5 4 7 8 9 0 23 7
删除最后一个元素
2 3 5 4 7 8 9 0 23
删除第2个到第5个半开区间的元素
2 7 8 9 0 23
在第4个元素未知插入元素111
2 7 8 111 9 0 23
(6)迭代器的好处
(1)数组传参操作
(1)传统方式
例子:求平均值
#include <iostream>
float average(float *buf, int count) {
int sum = 0;
for(int i=0; i<count; i++) {
sum += buf[i];
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
average(buf, sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
return 0;
}
例子分析:
上面显示了数组的经典传参方式,对于数组来说,必须传递两个参数,
第一个是地址,第二是元素个数。
但是对于字符串传参来说就不需要传递元素个数,字符串实际上是一
个特殊形式的字符数组,由于字符串使用\0作为结尾标志,省去了需
要传递元素个数的可能。
函数模板实现求平均值:
有的时候可能会对很多类型都要做求平均的运算,因此可以将求平均
运算定义为一个模板,这样的话就可以根据情况的不同,生成各种不
同求平均值的函数实例。
#include <iostream>
template <class T1> float average(T1 *buf, int count) {
T1 sum = 0;
for(int i=0; i<count; i++) {
sum += buf[i];
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
ret = average(buf, sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
(2)传递首尾指针方式(迭代器)
#include <iostream>
float average(float *first, float *last) {
int sum = 0;
int count = last - first;
for( ; first!=last; first++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
ret = average(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
函数模板实现求平均值:
前面提到过,指针本身就是一种特殊的迭代器,对于数组的传参,
可以使用传递首尾指针(半开区间)的方式。
#include <iostream>
template <class iter> float average(iter first, iter last) {
int sum = 0;
int count = last - first;
for( ; first!=last; first++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
ret = average(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
由于没有传递元素个数,所以需要使用首尾指针相减得到元素
个数。
(2)vector传参操作
(1)普通方式
#include <iostream>
#include <vector>
float average(std::vector<int> &v) {
int sum = 0;
int count = v.size();
for(int i; i<v.size(); i++) {
sum += v[i];
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
std::vector<int> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
ret = average(v);
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
将vector对象直接以引用方式进行传参操作。
函数模板求平均值:
#include <iostream>
#include <vector>
template<class T> float average(T &v) {
int sum = 0;
int count = v.size();
for(int i; i<v.size(); i++) {
sum += v[i];
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
std::vector<int> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
ret = average(v);
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
(2)迭代器
#include <iostream>
#include <vector>
float average(std::vector<int>::iterator first, std::vector<int>::iterator last) {
int sum = 0;
int count = last - first;
for( ; first!=last; first++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
std::vector<int> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
ret = average(v.begin(), v.end());
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
从这个例子你会发现,这个vector迭代器的传参与传递数组
首尾指针的方式时一样的,从这一点你也可以看出,指针其
实就是迭代器的原始实现方式。
函数模板求平均值:
template<class iter> float average(iter first, iter last) {
int sum = 0;
int count = last - first;
for( ; first!=last; first++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {1, 2, 3, 5, 4, 7, 8, 9, 0, 23, 54, 32};
std::vector<int> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
ret = average(v.begin(), v.end());
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
这个与传递数组首尾指针的方式是完全一样的,只是这里使
用的不是普通的指针,使用的是由容器自己提供的迭代器。
(3)求用输入输出流迭代器获取到的数据的平均值
(1)输入流迭代器
前面的例子中都是将数据先存入数组或者vector容器。
当希望对输入数据求平均值时,传统的做法是先将输入数据存放到数组或
者vector后,再调用average函数求平均值。
但是如果使用输入输出流迭代器的话,可以省去将数据暂存到数组或者
vector环节。
例子:
#include <iostream>
#include <stdio.h>
#include<iterator>
template<class iter> float average(iter first, iter last) {
int sum = 0;
int count = 0;
for( ; first!=last; first++, count++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
cout << "请输入一组需要求平均值的数,之用空格分隔" << endl;
ret = average(istream_iterator<float>(cin), istream_iterator<float>());
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
例子中,直接使用输入迭代器从输入流cin中获取数据,但是count中不
能直接通过迭代器相减的方式得到,因为输入的个数不能立即确定,所
以只能使用count++的方式计算count。
改变输入迭代器的输入流:
对于输入迭代器来说,给定不同的输入流可以对不同来源的数据进行操作,
比如下面的这个例子:
#include <iostream>
#include<iterator>
#include<sstream>
template<class iter> float average(iter first, iter last) {
int sum = 0, count = 0;
for( ; first!=last; first++, count++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
string str = "1 34 45 67 78 44 33";
istringstream iss(str);
ret =average(std::istream_iterator<float>(iss), std::istream_iterator<float>());
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
输入迭代器中,将字符串输入流作为了输入迭代器的参数,因此,输
入的数据来自于字符串。
(2)输出流迭代器
如果希望在averae函数中将所有的数据显示出来,除了可以使用循环
打印外,还可以使用输出流迭代器实现。
例子:
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include<iterator>
void show_vector(int *first, int *last) {
std::copy(first, last, ostream_iterator<int>(cout, " "));
cout << endl;
}
int main(void)
{
int buf[] = {4, 2, 5, 1, 3, 7, 8, 45, 32, 12};
show_vector(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
return 0;
}
例子分析:
直接将指针当作迭代器使用,
std::copy(first, last, ostream_iterator<int>(cout, " "));
调用了算法copy函数,该函数的表示,将迭代器first和last之间的
数据复制给输出迭代器,最后输出迭代器利用cout将数据输出显示,
数据之间使用" "间隔。
如果输出流并不是cout,而是一个普通文件流,那么数据将会被输入
到文件中。
(4)定义一个对数组/vector/输入迭代器都适用的average函数模板
通过起那面的例子,不难发现,通过迭代器的使用,完全可以定义一个
针对数组/vector/输入迭代器都适用的average函数模板,由此可以看
出迭代器的好处。
#include <iostream>
#include <algorithm>
#include <vector>
#include<iterator>
template<class iter> float average(iter first, iter last) {
int sum = 0, count = 0;
for( ; first!=last; first++, count++) {
sum += *first;
}
return sum/count;
}
int main(void)
{
float ret = 0;
float buf[] = {4, 2, 5, 1, 3, 7, 8, 45, 32, 12};
std::vector<float> v(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
cout<<"1.计算数组中数据的平均值" <<endl;
cout<<"2.计算vector容器中数据的平均值" <<endl;
cout<<"3.计算从键盘输入数据的平均值" <<endl;
int select = 0;
cin >> select;
if(1 == select) {
ret = average(buf, buf+sizeof(buf)/sizeof(buf[0]));
} else if(2 == select) {
ret = average(v.begin(), v.end());
} else if(3 == select) {
cout << "请输入一组需要求平均值的数,使用空格分隔" << endl;
ret =average(std::istream_iterator<float>(cin), std::istream_iterator<float>());
}
cout <<"平均值="<< ret << endl;
return 0;
}
例子分析:
有三种不同的选择,分别对数组/vector容器/输入的数据进行求平均
值,但是这三种情况下使用的是同一个模板,这个模板会根据不同的
情况生成不同的函数实例。
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