C++STL第二篇（vector的原理用法）-Toy模板网

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vector

vector的数据安排以及操作方式，与array非常相似，两者的唯一差别在于空间的运用的灵活性。Array是静态空间，一旦配置了就不能改变，要换大一点或者小一点的空间，可以，一切琐碎得由自己来，首先配置一块新的空间，然后将旧空间的数据搬往新空间，再释放原来的空间。Vector是动态空间，随着元素的加入，它的内部机制会自动扩充空间以容纳新元素。因此vector的运用对于内存的合理利用与运用的灵活性有很大的帮助，我们再也不必害怕空间不足而一开始就要求一个大块头的array了。

Vector的实现技术，关键在于其对大小的控制以及重新配置时的数据移动效率，一旦vector旧空间满了，如果客户每新增一个元素，vector内部只是扩充一个元素的空间，实为不智，因为所谓的扩充空间(不论多大)，一如刚所说，是”配置新空间-数据移动-释放旧空间”的大工程,时间成本很高，应该加入某种未雨绸缪的考虑，稍后我们便可以看到vector的空间配置策略。

C++STL第二篇（vector的原理用法）

Vector维护一个线性空间，所以不论元素的型别如何，普通指针都可以作为vector的迭代器，因为vector迭代器所需要的操作行为，如operaroe*, operator->, operator++, operator--, operator+, operator-, operator+=, operator-=, 普通指针天生具备。Vector支持随机存取，而普通指针正有着这样的能力。所以vector提供的是随机访问迭代器(Random Access Iterators).

#include <vector> // 包含 vector 头文件

// 创建一个存储 int 类型的 vector
std::vector<int> intVector;

// 向 vector 尾部添加元素
intVector.push_back(42);

// 获取 vector 的大小（元素个数）
int size = intVector.size();

// 获取 vector 的容量（当前分配的存储空间大小）
int capacity = intVector.capacity();

// 访问 vector 中的元素
int element = intVector[0]; // 使用下标访问

// 遍历 vector 中的所有元素
for (int i = 0; i < intVector.size(); ++i) {
    std::cout << intVector[i] << " ";
}

// 使用迭代器进行遍历
for (auto it = intVector.begin(); it != intVector.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

以上就是所有vector常用的语法，具体通过下述一个小例子来说。

	vector<int> regina;
	for (int i = 0; i < 10; i++) {
		regina.push_back(i);
		cout << regina.capacity() << endl;

	}
	int* start = &regina[0];
	int* end = &regina[regina.size() - 1];

	for (; start <= end; start++) {
		cout << *start << endl;
	}

C++STL第二篇（vector的原理用法）

Vector所采用的数据结构非常简单，线性连续空间，它以两个迭代器_Myfirst和_Mylast分别指向配置得来的连续空间中目前已被使用的范围，并以迭代器_Myend指向整块连续内存空间的尾端

。所谓动态增加大小，并不是在原空间之后续接新空间(因为无法保证原空间之后尚有可配置的空间)，而是一块更大的内存空间，然后将原数据拷贝新空间，并释放原空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了。这是程序员容易犯的一个错误，务必小心。

常用操作

assign(beg, end);//将[beg, end)区间中的数据拷贝赋值给本身。
assign(n, elem);//将n个elem拷贝赋值给本身。
vector&operator=(const vector  &vec);//重载等号操作符
swap(vec);// 将vec与本身的元素互换。
--------
size();//返回容器中元素的个数
empty();//判断容器是否为空
resize(int num);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以默认值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长度的元素被删除。
resize(int num, elem);//重新指定容器的长度为num，若容器变长，则以elem值填充新位置。如果容器变短，则末尾超出容器长>度的元素被删除。
capacity();//容器的容量
reserve(int len);//容器预留len个元素长度，预留位置不初始化，元素不可访问。
-------------
at(int idx); //返回索引idx所指的数据，如果idx越界，抛出out_of_range异常。
operator[];//返回索引idx所指的数据，越界时，运行直接报错
front();//返回容器中第一个数据元素
back();//返回容器中最后一个数据元素
-------------
insert(const_iterator pos, int count,ele);//迭代器指向位置pos插入count个元素ele.
push_back(ele); //尾部插入元素ele
pop_back();//删除最后一个元素
erase(const_iterator start, const_iterator end);//删除迭代器从start到end之间的元素
erase(const_iterator pos);//删除迭代器指向的元素
clear();//删除容器中所有元素

在C++的STL中，capacity()和size()是vector类的两个成员函数，用于获取vector对象的容量和大小。

capacity()函数返回vector对象在不重新分配内存的情况下能够容纳的元素数量。换句话说，capacity()表示vector当前分配的内存空间大小，而不是vector实际包含的元素数量。当vector中的元素数量达到当前容量时，如果需要继续添加元素，vector会分配更大的内存空间，并将原有元素复制到新的内存空间中。
size()函数返回vector对象当前包含的元素数量。换句话说，size()表示vector中实际存储的元素数量，而不考虑vector实际分配的内存空间大小。

举个例子，假设你有一个vector对象regina，初始时capacity()可能为10，而size()为0。这意味着regina的内存空间能够容纳10个元素，但实际上它目前并没有存储任何元素。当你向regina中添加元素时，size()会逐渐增加，直到等于capacity()，此时vector可能会重新分配更大的内存空间。

总结一下：

capacity()：表示vector当前分配的内存空间大小，不考虑实际存储的元素数量。
size()：表示vector实际存储的元素数量，不考虑分配的内存空间大小。

vector<int> regina;
for (int i = 0; i < 100000; i++) {
	regina.push_back(i);
}

cout << "capacity:" << regina.capacity() << endl;
cout << "size:" << regina.size() << endl;

//此时 通过resize改变容器大小
regina.resize(10);

cout << "capacity:" << regina.capacity() << endl;
cout << "size:" << regina.size() << endl;

//容量没有改变
vector<int>(regina).swap(regina);
/*在创建临时vector对象时，它会使用刚好
足够的内存来存储regina的元素，并且不会有
额外的内存占用。然后通过swap函数，regina
会将自己的内存与临时vector进行交换，
从而达到释放多余内存的目的。*/

cout << "capacity:" << regina.capacity() << endl;
cout << "size:" << regina.size() << endl;

C++STL第二篇（vector的原理用法）

在这段代码中，我们首先向regina中添加了10万个元素，然后调用resize(10)将regina的大小改变为10。接着通过创建临时vector对象并与regina交换来释放多余的内存。让我解释一下容量是如何变小的。

初始状态：

在向regina中添加10万个元素后，capacity()可能会大于或等于10万，因为vector在需要时会分配比实际所需更多的内存，以减少频繁的重新分配和复制。

调用resize(10)：

当调用resize(10)时，regina的大小被改变为10，但它的容量仍然可能保持不变。这是因为resize函数通常只改变vector的大小，而不会改变其容量，除非指定了新的容量值。

通过临时vector对象和swap释放多余内存：

接着使用了一个巧妙的技巧，创建了临时的vector对象，并通过swap函数释放了regina中多余的内存。这样做会使regina的容量变得刚好足够存储当前的元素数量，没有额外的内存占用。

vector VS valarray VS array

std::vector：
- std::vector 是标准库中最常用的动态数组容器。
- 它可以动态增长和缩小，即在运行时可以添加或删除元素。
- vector 内部使用动态内存分配来存储元素，因此可以根据需要动态调整其大小。
- 支持随机访问，插入和删除操作效率较高。
std::valarray：
- std::valarray 代表值数组，是用于执行数学运算的数组。
- valarray 提供了一些数学运算函数，如对每个元素进行操作、求平方根、求平均值等。
- valarray 的设计旨在提供高性能的数学运算，但在某些情况下可能不够灵活。
- 在实际开发中，valarray 往往被认为是一个在数值计算方面更专业的工具，而不是通用的容器。
std::array：
- std::array 是固定大小的数组容器，其大小在编译时确定。
- array 在内存中是连续存储的，类似于原生数组，但提供了更多的功能和安全性。
- array 提供了数组的基本功能，如随机访问、迭代器等，但大小固定，不能动态增长或缩小。

#include <iostream>
#include <vector>
#include <valarray>
#include <array>

int main() {
    // 1. std::vector 例子
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
    vec.push_back(6); // 添加元素
    for (int i : vec) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << "\n";

    // 2. std::valarray 例子
    std::valarray<int> valarr = {1, 2, 3, 4, 5};
    valarr += 5; // 对每个元素加5
    for (int i : valarr) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << "\n";

    // 3. std::array 例子
    std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
    for (int i : arr) {
        std::cout << i << " ";
    }
    std::cout << "\n";

    return 0;
}

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