STL标准模板库 向量容器（vector）

      向量容器使用动态数组存储、管理对象。因为数组是一个随机访问数据结构，所以可以随机访问向量中的元素。在数组中间或是开始处插入一个元素是费时的，特别是在数组非常大的时候更是如此。然而在数组末端插入元素却很快。
实现向量容器的类名是vector（容器是类模板）。包含vector类的头文件名是vector。所以，如果要在程序里使用向量容器，就要在程序中包含下面语句：
#include <vector>
此外，在定义向量类型对象时，必须指定该对象的类型，因为vector类是一个类模板。例如，语句：
vector<int> intList;     
将intList声明为一个元素类型为int的向量容器对象。类似地，语句：
vector<string> stringList;将stringList声明为一个元素类型为string的向量容器对象。

声明向量对象
vector类包含了多个构造函数，其中包括默认构造函数。因此，可以通过多种方式来声明和初始化向量容器。表一描述了怎样声明和初始化指定类型的向量容器。

                          表一     各种声明和初始向量容器的方法

语句	作用
vector<elementType> vecList;	创建一个没有任何元素的空向量vecList（使用默认构造函数）
vector<elementType> vecList(otherVecList)	创建一个向量vecList，并使用向量otherVecList中的元素初始化该向量。向量vecList与向量otherVecList的类型相同
vector<elementType> vecLIst(size);	创建一个大小为size的向量vecList，并使用默认构造函数初始化该向量
vector<elementType> vecList(n,elem);	创建一个大小为n的向量vecList，该向量中所有的n个元素都初始化为elem
vector<elementType> vecList(begin,end);	创建一个向量vecList，并初始化该向量（begin,end）中的元素。即，从begin到end-1之间的所有元素

在介绍了如何声明向量顺序容器之后，让我们开始讨论如何操作向量容器中的数据。首先，必须要知道下面几种基本操作：
      元素插入
      元素删除
      遍历向量容器中的元素
假设vecList是一个向量类型容器。表二给出了在vecList中插入元素和删除元素的操作，这些操作是vector类的成员函数。表二还说明了如何使用这些操作。

                      表二     向量容器上的各种操作

语句	作用
vecList.clear()	从容器中删除所有元素
vecList.erase(position)	删除由position指定的位置上的元素
vecList.erase(beg,end)	删除从beg到end-1之间的所有元素
vecList.insert(position, elem)	将elem的一个拷贝插入到由position指定的位置上，并返回新元素的位置
vecList.inser(position, n, elem)	将elem的n个拷贝插入到由 position指定的位置上
vecList.insert(position, beg, end)	将从beg到end-1之间的所有元素的拷贝插入到vecList中由position指定的位置上
vecList.push_back(elem)	将elem的一个拷贝插入致List的末尾
vecList.pop_back()	删除最后元素
vecList.resize(num)	将元素个数改为num。如果size()增加，默认的构造函数负责创建这些新元素
vecList.resize(num, elem)	将元素个数改为num。如果size()增加，默认的构造函数将这些新元素初始化为elem

在向量容器中声明迭代器
vector类包含了一个typedef iterator，这是一个public成员。通过iterator，可以声明向量容器中的迭代器。例如，语句：
vector<int>::iterator intVeciter;        将intVecIter声明为int类型的向量容器迭代器。
因为iterator是一个定义在vector类中的typedef，所以必须使用容器名（vector）、容器元素类型和作用域符来使用iterator。
表达式：
++intVecIter
将迭代器intVecIter加１，使其指向容器中的下一个元素。表达式：*intVecIter
返回当前迭代器位置上的元素。
注意，迭代器上的这些操作和指针上的相应操作是相同的。运算符*作为单目运算符使用时，称为递引用运算符。
下面将讨论如何使用迭代器来操作向量容器中的数据。假设有下面语句：
vector<int> intList;
vector<int>::iterator intVecIter;
第一行中的语句将intList声明为元素为int类型的向量容器。第二行中的语句将intVecIter声明为元素为int类型的向量容器的迭代器。

容器与函数begin和end
所有容器都包含成员函数begin和end。函数begin返回容器中第一个元素的位置；函数end返回容器中最后一个元素的位置。这两个函数都没有参数。在执行下面语句：
intVecIter = intList.begin();
迭代器intVecIter指向容器intList中第一个元素。
下面的for循环将intList中所有元素输出互标准输出设备上：
for (intVecIter = intList.begin(); intVecIter != intList.end();
          cout<<*intVecList<<"     ";
可以通过表三中给出的操作直接访问向量容器中的元素。

　　　　　　　表三　访问向量容器中元素的操作

表达式	作用
vecList.at(index)	返回由index指定的位置上的元素
vecList[index]	返回由index指定的位置上的元素
vecList.front()	返回第一个元素　（不检查容器是否为空）
vecList.back()	返回最后一个元素（不检查容器是否为空）

表三说明：可以按照数组的方式来处理向量中的元素（注意，在C++中，数组下标从0始。，向量容器中第一个元素的位置也是0）。
徽号类中还包含：返回容器中当前元素个数的成员函数，返回可以插入到容器中的元素的最大个数的成员函数等。表四描述其中　一些操作（假设vecCont是向量容器）。

　　　　表四　计算向量容器大小的操作

表达式	作用
vecCont.capacity()	返回不重新分配空间可以插入到容器vecCont中的元素的最大个数
vecCont.empty()	容器vecCont为空，返回true；否则，返回false
vecCont.size()	返回容器vecCont中当前的个数
vecCont.max_size()	返回可以插入到容器vecCont中的元素的最大个数

下面给出一个样本程序供进一步认识这些函数的用法：

#include <iostream>

#include <vector>

using namespace std;

int main()

{

vector<int> intList;

int i;

intList.push_back(13);

intList.push_back(75);

intList.push_back(28);

intList.push_back(35);

cout<<"Line １: List Elements: ";

for(i=0;i<4;i++)cout<<intList[i]<<"    ";

for(i=0;i<4;i++)intList[i] *=2;

cout<<"Line ２: List Elements: ";

for(i=0;i<4;i++)cout<<intList[i]<<"    ";

cout<<endl;

vector<int>::iterator listIt;

cout<<"Line ３0:list Elements: ";

for(listIt=intList.begin();listIt != intList.end();++listIt)cout<<*lintIt<<"    ";

cout<<endl;

listIt=intList.begin();

++listIt;

++listIt;

intList.insert(listIt,88);

cout<<"Line ４:List Elements: ";

for(listIt = intList.begin();listIt != intList.end();++listIt)cout<<*listIt<<"    ";

cout<<endl;

return 0;

}

运行程序输出：

Line １: List Elements: 13    75    28    35

Line ２: List Elements: 26    150    56    70

Line ３: List Elements: 26    150    56    70

Line ４: List Elements: 26    150    88    56    70 

vector容器类型

   vector容器是一个模板类，可以存放任何类型的对象（但必须是同一类对象）。vector对象可以在运行时高效地添加元素，并且vector中元素是连续存储的。

 

   与对string类对象的介绍一样，仍然使用简化原型（主要是抛弃了分配器模板参数，使用默认的）。

 

vector的构造

 

函数原型：

template<typename T>
   explicit vector();                                 // 默认构造函数，vector对象为空
   explicit vector(size_type n, const T& v = T());    // 创建有n个元素的vector对象
   vector(const vector& x);
   vector(const_iterator first, const_iterator last);

注：vector容器内存放的所有对象都是经过初始化的。如果没有指定存储对象的初始值，那么对于内置类型将用0初始化，对于类类型将调用其默认构造函数进行初始化（如果有其它构造函数而没有默认构造函数，那么此时必须提供元素初始值才能放入容器中）。

 

举例：
vector<string> v1;         // 创建空容器，其对象类型为string类
vector<string> v2(10);     // 创建有10个具有初始值（即空串）的string类对象的容器
vector<string> v3(5, "hello"); // 创建有5个值为“hello”的string类对象的容器
vector<string> v4(v3.begin(), v3.end());  // v4是与v3相同的容器（完全复制）

 

vector的操作（下面的函数都是成员函数）
 
bool empty() const;                    // 如果为容器为空，返回true；否则返回false
size_type max_size() const;            // 返回容器能容纳的最大元素个数
size_type size() const;                // 返回容器中元素个数  
size_type capacity() const;            // 容器能够存储的元素个数，有：capacity() >= size()  
void reserve(size_type n);             // 确保capacity() >= n
void resize(size_type n, T x = T());   // 确保返回后，有：size() == n；如果之前size()<n，那么用元素x的值补全。

 

reference front();                     // 返回容器中第一个元素的引用（容器必须非空）
const_reference front() const;                   
reference back();                      // 返回容器中最后一个元素的引用（容器必须非空）
const_reference back() const;

 

reference operator[](size_type pos);   // 返回下标为pos的元素的引用（下标从0开始；如果下标不正确，则属于未定义行为。
const_reference operator[](size_type pos) const; 
reference at(size_type pos);           // 返回下标为pos的元素的引用；如果下标不正确，则抛出异常out_of_range
const_reference at(size_type pos) const;
            
void push_back(const T& x);            // 向容器末尾添加一个元素          
void pop_back();                       // 弹出容器中最后一个元素（容器必须非空）

 

// 注：下面的插入和删除操作将发生元素的移动（为了保持连续存储的性质），所以之前的迭代器可能失效
iterator insert(iterator it, const T& x = T());        // 在插入点元素之前插入元素（或者说在插入点插入元素）
void insert(iterator it, size_type n, const T& x);     // 注意迭代器可能不再有效（可能重新分配空间）
void insert(iterator it, const_iterator first, const_iterator last);

 

iterator erase(iterator it);           // 删除指定元素，并返回删除元素后一个元素的位置（如果无元素，返回end()）
iterator erase(iterator first, iterator last); // 注意：删除元素后，删除点之后的元素对应的迭代器不再有效。

 

void clear() const;                    // 清空容器，相当于调用erase( begin(), end())

 

void assign(size_type n, const T& x = T());   // 赋值，用指定元素序列替换容器内所有元素
void assign(const_iterator first, const_iterator last);

 

const_iterator begin() const;          // 迭代序列
iterator begin();
const_iterator end() const;
iterator end();

 

const_reverse_iterator rbegin() const;
reverse_iterator rbegin();
const_reverse_iterator rend() const; 
reverse_iterator rend();

 

vector对象的比较（非成员函数）

 

   针对vector对象的比较有六个比较运算符：operator==、operator!=、operator<、operator<=、operator>、operator>=。

 

   其中，对于operator==和operator!=，如果vector对象拥有相同的元素个数，并且对应位置的元素全部相等，则两个vector对象相等；否则不等。

   对于operator<、operator<=、operator>、operator>=，采用字典排序策略比较。

注：其实只需要实现operator==和operator!=就可以了，其它可以根据这两个实现。因为，operator!=(lhs, rhs) 就是 !(lhs == rhs)，operator<=(lhs, rhs) 就是 !(rhs < lhs)，operator>(lhs, rhs) 就是 (rhs < lhs)，operator>=（lhs, rhs) 就是 !(lhs, rhs)。

 

vector类的迭代器

   vector类的迭代器除了支持通用的前缀自增运算符外，还支持算术运算：it + n、it - n、it2 - it1。注意it2 - it1返回值为difference_type（signed类型）。

 

   注意，任何改变容器大小的操作都可能造成以前的迭代器失效。

 

应用示例

 

#include <iostream>
#include <cassert>
#include <vector>

using namespace std;

int main()
{
    vector<string> v(5, "hello");
    vector<string> v2(v.begin(), v.end());
    
    assert(v == v2);
    
    cout<<"> Before operation"<<endl;
    for(vector<string>::const_iterator it = v.begin(); it < v.end(); ++it)
        cout<<*it<<endl;
    
    v.insert(v.begin() + 3, 4, "hello, world");
    cout<<"> After insert"<<endl;
    for(vector<string>::size_type i = 0; i < v.size(); ++i)
        cout<<v[i]<<endl;
    
    vector<string>::iterator it = v.erase(v.begin() + 3, v.begin() + 6);
    assert(*it == "hello, world");
    cout<<"> After erase"<<endl;
    for(vector<string>::size_type i = 0; i != v.size(); ++i)
        cout<<v[i]<<endl;
    
    assert(v.begin() + v.size() == v.end());
    assert(v.end() - v.size() == v.begin());
    assert(v.begin() - v.end() == -vector<string>::difference_type(v.size()));
    
    return 0;
}

程序说明：上面程序中用了三个循环输出容器中的元素，每个循环的遍历方式是不一样的。特别需要说明的是，第二个循环在条件判断中使用了size()函数，而不是在循环之前先保存在变量中再使用。之所以这样做，有两个原因：其一，如果将来在修改程序时，在循环中修改了容器元素个数，这个循环仍然能很好地工作，而如果先保存size()函数值就不正确了；其二，由于这些小函数（其实现只需要一条返回语句）基本上都被声明为inline，所以不需要考虑效率问题。

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迭代器

   迭代器(iterator)是用来遍历容器内所有元素的数据类型。标准库为每一种标准容器定义了一种迭代器类型。迭代器类型提供了比下标操作更通用的方法：所有标准容器类都定义了相应的迭代器类型，而只有少数的容器支持下标操作。所以，在编写C++程序时，用迭代器遍历容器是一种更通用的方法，也更加安全。一般提供两种类型：iterator和const_iterator。

begin()和end()操作

   每种容器都定义了一对命名为begin()和end()的函数，用来返回容器的迭代序列。其中，begin返回的迭代器指向第一个元素，end返回的迭代器指向最后一个元素的下一个位置（实际上是一个不存在的元素），所以迭代序列为[begin(), end())。如果容器为空，那么begin()返回与end()一样的迭代器。

访问容器元素(operator*)

   假如迭代器it指向容器的一个元素，那么解引用*it就是该元素的值（注意，不能对end()解引用）。

下一个元素(operator++)

   所有迭代器都支持前缀自增运算符，如++it，表示把迭代器移到容器中的下一个元素的位（同样不能对end()运算）。

比较 (operator == or operator !=)

   所有迭代器都支持迭代器之间的比较：
   operator ==：如果两个迭代器指向同一元素，那么返回true；否则返回false。(operator != 类似）