【校招面试 之 C/C++】第20题 C++ STL(二)之Vector

1、vector的动态增长

　　当添加元素时，如果vector空间大小不足，则会以原大小的两倍另外配置一块较大的新空间，然后将原空间内容拷贝过来，在新空间的内容末尾添加元素，并释放原空间。vector的空间动态增加大小，并不是在原空间之后的相邻地址增加新空间，因为vector的空间是线性连续分配的，不能保证原空间之后有可供配置的空间。因此，对vector的任何操作，一旦引起空间的重新配置，指向原vector的所有迭代器就会失效。

vector的size(),capacity(),reserve(),resize()函数：

vector对象的内存布局如下图所示：

start迭代器指向已用空间的首元素，finish指向已用空间的尾元素的下一个位置，end_of_storage指向可用空间的末尾。

     size()函数返回的是已用空间大小，capacity()返回的是总空间大小，capacity()-size()则是剩余的可用空间大小。当size()和capacity()相等，说明vector目前的空间已被用完，如果再添加新元素，则会引起vector空间的动态增长。

     由于动态增长会引起重新分配内存空间、拷贝原空间、释放原空间，这些过程会降低程序效率。因此，可以使用reserve(n)预先分配一块较大的指定大小的内存空间，这样当指定大小的内存空间未使用完时，是不会重新分配内存空间的，这样便提升了效率。只有当n>capacity()时，调用reserve(n)才会改变vector容量。

    resize()成员函数只改变元素的数目，不改变vector的容量。

 

程序说明：

    分配了两个容器a,b。其中每次往a中添加1个元素，共添加10次。使用reserve()预先为b分配一块10个元素大小的空间，之后才每次往b中添加1个元素，共添加10次。当b空间满后，再往其中添加1个元素。之后使用reserve()为b分配一块15(比原空间小)个元素大小的空间。再使用resize()将b的元素个数改变为5个。

    观察上述过程中size()和capacity()大小的变化。

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> a;
    cout << "a.size(): " << a.size() << "       a.capacity(): " << a.capacity() << endl;
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        a.push_back(i);
        cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;
    }
    cout << endl;
    vector<int> b;
    b.reserve(10);
    for (int i = 0; i < 10; i++)
    {
        b.push_back(i);
        cout << "b.size(): " << b.size() << "   b.capacity(): " << b.capacity() << endl;
    }
    b.push_back(11);
    cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;
    cout << endl;
    b.reserve(15);
    cout << "after b.reserve(15):" << endl;
    cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;
    b.resize(5);
    cout << "after b.resize(5):" << endl;
    cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;
    return 0;
}

输出：
a.size(): 0     a.capacity(): 0
a.size(): 1     a.capacity(): 1
a.size(): 2     a.capacity(): 2
a.size(): 3     a.capacity(): 4
a.size(): 4     a.capacity(): 4
a.size(): 5     a.capacity(): 8
a.size(): 6     a.capacity(): 8
a.size(): 7     a.capacity(): 8
a.size(): 8     a.capacity(): 8
a.size(): 9     a.capacity(): 16
a.size(): 10    a.capacity(): 16
b.size(): 1     b.capacity(): 10
b.size(): 2     b.capacity(): 10
b.size(): 3     b.capacity(): 10
b.size(): 4     b.capacity(): 10
b.size(): 5     b.capacity(): 10
b.size(): 6     b.capacity(): 10
b.size(): 7     b.capacity(): 10
b.size(): 8     b.capacity(): 10
b.size(): 9     b.capacity(): 10
b.size(): 10    b.capacity(): 10
b.size(): 11    b.capacity(): 20
after b.reserve(15):
b.size(): 11    b.capacity(): 20
after b.resize(5):
b.size(): 5     b.capacity(): 20

现象：a重新分配空间共5次，每次都为之前空间的2倍。b在未超出reserve()预分配的空间时没有重新分配。

结论：

    1. 空的vector对象，size()和capacity()都为0

    2. 当空间大小不足时，新分配的空间大小为原空间大小的2倍。

    3. 使用reserve()预先分配一块内存后，在空间未满的情况下，不会引起重新分配，从而提升了效率。

    4. 当reserve()分配的空间比原空间小时，是不会引起重新分配的。

    5. resize()函数只改变容器的元素数目，未改变容器大小（capacity()）。

2、vector的用法

（1）头文件

#include<vector>

（2）声明以及初始化

vector<int> vec;        //声明一个int型向量
vector<int> vec(5);     //声明一个初始大小为5的int向量
vector<int> vec(10, 1); //声明一个初始大小为10且值都是1的向量
vector<int> vec(tmp);   //声明并用tmp向量初始化vec向量
vector<int> tmp(vec.begin(), vec.begin() + 3);  //用向量vec的第0个到第2个值初始化tmp
int arr[5] = {1, 2, 3, 4, 5};   
vector<int> vec(arr, arr + 5);      //将arr数组的元素用于初始化vec向量
//说明：当然不包括arr[4]元素，末尾指针都是指结束元素的下一个元素，
//这个主要是为了和vec.end()指针统一。
vector<int> vec(&arr[1], &arr[4]); //将arr[1]~arr[4]范围内的元素作为vec的初始值

（3）基本操作

1️⃣容量

• 向量大小： vec.size();
• 向量最大容量： vec.max_size();
• 更改向量大小： vec.resize();
• 向量真实大小： vec.capacity();
• 向量判空： vec.empty();
• 减少向量大小到满足元素所占存储空间的大小： vec.shrink_to_fit(); //shrink_to_fit

2️⃣修改

• 多个元素赋值： vec.assign(); //类似于初始化时用数组进行赋值
• 末尾添加元素： vec.push_back();
• 末尾删除元素： vec.pop_back();
• 任意位置插入元素： vec.insert();
• 任意位置删除元素： vec.erase();
• 交换两个向量的元素： vec.swap();
• 清空向量元素： vec.clear();

3️⃣迭代器

• 开始指针：vec.begin();
• 末尾指针：vec.end(); //指向最后一个元素的下一个位置
• 指向常量的开始指针： vec.cbegin(); //意思就是不能通过这个指针来修改所指的内容，但还是可以通过其他方式修改的，而且指针也是可以移动的。
• 指向常量的末尾指针： vec.cend();

4️⃣元素的访问

• 下标访问： vec[1]; //并不会检查是否越界
  • at方法访问： vec.at(1); 　　//以上两者的区别就是at会检查是否越界，是则抛出out of range异常
• 访问第一个元素： vec.front();
• 访问最后一个元素： vec.back();
• 返回一个指针： int* p = vec.data(); //可行的原因在于vector在内存中就是一个连续存储的数组，所以可以返回一个指针指向这个数组。这是是C++11的特性

5️⃣算法

遍历

vector<int>::iterator it;
for (it = vec.begin(); it != vec.end(); it++)
    cout << *it << endl;
//或者
for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++) {
    cout << vec.at(i) << endl;
}