本篇 ShengYu 介紹 C++ 的 std::vector 用法，C++ vector 是一個可以改變陣列大小的序列容器。C++ vector 是陣列的升級版，主要因為 vector 能高效地對記憶體進行管理以及動態增長。vector 其實就是將陣列和方法封裝形成的一個類別。
vector 底層實現是一個連續記憶體空間 ，當容量不夠的時候就會重新申請空間，並把原本資料複製或搬移到新的空間。
vector 的容器大小可以動態增長，但是並不意味著每一次插入操作都進行 reallocate。記憶體的分配與釋放耗費的資源是比較大的，因此應該減少它的次數。這也就意味著容器的容量(capacity)與容器目前容納的大小(size)是不等的，前者應大於後者。
vector 分配新的空間時，容量(capacity)可能為原有容量的 2 倍或者原有容量的 1.5 倍，各個編譯器可能不同，稍後會介紹。
以下 C++ vector 內容將分為這幾部份，
vector 常用功能
vector 初始化
存取 vector 元素的用法
在 vector 容器尾巴新增元素的用法
在 vector 容器尾巴移除元素的用法
vector for 迴圈遍歷
vector 實際範例
vector 使用 [] operator 與 at() 的差異
vector size() 與 capacity() 的差異
vector reserve() 預先配置容器大小的用法
vector shrink_to_fit() 收縮的用法
vector resize() 的用法
兩個 vector 串連
vector 的優點與缺點
vector 使用小技巧
C++ 要使用 vector 容器的話，需要引入的標頭檔 ：<vector>
vector 常用功能 以下為 C++ std::vector 內常用的成員函式，push_back：把元素加到尾巴，必要時會進行記憶體配置pop_back：移除尾巴的元素insert：插入元素erase：移除某個位置元素, 也可以移除某一段範圍的元素clear：清空容器裡所有元素size：回傳目前長度empty：回傳是否為空[i]：隨機存取索引值為i的元素，跟陣列一樣索引值從 0 開始at(i)：隨機存取索引值為i的元素，跟上面 operator[] 差異是 at(i) 會作邊界檢查，存取越界會拋出一個例外reserve()：預先配置大小
vector 初始化 這邊介紹 C++ 幾種 vector 初始化，1 2 3 4 5 6 7 #include <vector> using namespace std ;int main () vector <int > v; return 0 ; }
先宣告一個空的 vector，再透過 push_back 將資料一直推進去，1 2 3 4 vector <int > v;v.push_back(1 ); v.push_back(2 ); v.push_back(3 );
你也可以寫成一行，但這語法需要編譯器 C++11 支援，1 vector <int > v = {1 , 2 , 3 };
或者是這樣寫也可以，1 vector <int > v({1 , 2 , 3 });
假如要從另外一個 vector 容器複製資料過來當作初始值的話可以這樣寫，1 2 vector <int > v1 = {1 , 2 , 3 };vector <int > v2 = v1;
或者這樣，1 2 vector <int > v1 = {1 , 2 , 3 };vector <int > v2(v1);
也可以從傳統陣列裡複製過來當作初始值，1 2 int n[3 ] = {1 , 2 , 3 };vector <int > v(n, n+3 );
不想複製來源 vector 全部的資料，想要指定複製 vector 的範圍的話也可以，例如我要複製 v1 vector 的第三個元素到倒數第二個元素，1 2 vector <int > v1 = {1 , 2 , 3 , 4 , 5 };vector <int > v2(v1.begin()+2 , v1.end()-1 );
如果是指定複製傳統陣列的範圍的話，可以這樣寫，1 2 int n[5 ] = {1 , 2 , 3 , 4 , 5 };vector <int > v(n+2 , n+4 );
存取 vector 元素的用法 vector 用 [] 來隨機存取元素，第一個元素為 v[0]，索引值是 0，第二個元素為 v[1]，索引值是 1，依此類推，[] 不只可以讀取元素也可以用來修改元素，例如 v[0] = 4 像下面範例這樣寫，1 2 3 4 5 vector <int > v = {1 , 2 , 3 };cout << v[0 ] << "\n" ; cout << v[1 ] << "\n" ; v[0 ] = 4 ; cout << v[0 ] << "\n" ;
在 vector 容器尾巴新增元素的用法 在前面已經有稍微透漏了怎麼新增 vector 元素的方法了，沒錯就是用 push_back() 這個方法，它會把元素加在 vector 容器的尾巴，1 2 3 4 vector <int > v = {1 , 2 , 3 };v.push_back(4 ); v.push_back(5 ); v.push_back(6 );
在 vector 容器尾巴移除元素的用法 移除 vector 容器尾巴的元素用 pop_back()，一次只能從尾端移除一個元素，不能指定移除的數量，1 2 3 vector <int > v = {1 , 2 , 3 };v.pop_back(); v.pop_back();
vector for 迴圈遍歷 以下介紹 vector 的 for 的三種遍歷寫法，第一種是一般很常見的寫法，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 #include <iostream> #include <vector> using namespace std ;int main () vector <int > vec({1 , 2 , 3 }); for (int i = 0 ; i < vec.size(); i++) { cout << vec[i] << " " ; } cout << "\n" ; return 0 ; }
第二種是使用 iterator 迭代器來印出 vector 內所有內容，其中 vector<int>::iterator it 可以簡化寫成 auto it = vec.begin() 這樣1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 #include <iostream> #include <vector> using namespace std ;int main () vector <int > vec({1 , 2 , 3 }); for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { cout << *it << " " ; } cout << "\n" ; return 0 ; }
第三種是個很方便的寫法，c++11 才有支援，適合追求快速(懶惰)的人，相較於第一種的優點是不用多寫陣列索引去存取，直接就當變數使用，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 #include <iostream> #include <vector> using namespace std ;int main () vector <int > vec({1 , 2 , 3 }); for (auto &v : vec) { cout << v << " " ; } cout << "\n" ; return 0 ; }
vector 實際範例 實際的範例寫起來像這樣，std-vector.cpp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 #include <iostream> #include <vector> using namespace std ;int main () vector <int > vec; vec.push_back(1 ); vec.push_back(2 ); vec.push_back(3 ); vec.push_back(4 ); vec.push_back(5 ); vec.pop_back(); vec.pop_back(); cout << "size: " << int (vec.size()) << endl ; for (int i = 0 ; i < vec.size(); i++) { cout << vec[i] << " " ; } cout << "\n" ; for (vector <int >::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) { cout << *it << " " ; } cout << "\n" ; vec[0 ] = 99 ; vector <int >::iterator it = vec.begin(); vec.insert(it+2 , 6 ); vec.erase(it+2 ); for (auto &v : vec) { cout << v << " " ; } cout << "\n" ; return 0 ; }
輸出內容如下：1 2 3 4 size: 3 1 2 3 1 2 3 99 2 3
vector 使用 [] operator 與 at() 的差異 C++ std::vector 提供了 [] operator 的方式讓我們在取得元素時就像 C-style 陣列那樣使用，另外 std::vector 還提供了 at() 這個方法也是可以取得元素，那這兩種方式到底有什麼差別？
[] operator 在回傳元素時是不會作任何的邊界檢查，而在 at() 取得元素時會作邊界的處理，如果你存取越界時 std::vector 會拋出一個 out_of_range 例外，例外處理可以參考我的另一篇文章 ， 所以 at() 提供了較為安全的存取方式。
[] operator 隨機存取與 at() 各有好壞，使用上時挑選符合需求的方式。
vector size() 與 capacity() 的差異 vector 使用 size() 是取得目前 vector 裡的元素個數，vector 使用 capacity() 是取得目前 vector 裡的預先配置的空間大小，當容量(capacity)空間不夠使用時 vector 就會重新申請空間，容量(capacity)會增加為原來的 2 倍或 1.5 倍，例如：1、2、4、8、16、32 增長下去，各個編譯器可能不同，來看看下面範例，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 vector <int > v;cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;
輸出結果如下，從以下的輸出可以發現在我使用的 clang 編譯器中 capacity 是以 1、2、4、8 兩倍的方式增長下去，1 2 3 4 5 6 size=0, capacity=0 size=1, capacity=1 size=2, capacity=2 size=3, capacity=4 size=4, capacity=4 size=5, capacity=8
vector reserve() 預先配置容器大小的用法 vector 使用 reserve() 是預留空間的意思，如果我們一開始就知道容器的裡要放置多少個元素的話，可以透過 reserve() 來預先配置容器大小，這樣可以減少一直配置記憶體的機會。
如下例所示，先宣告一個 int 的 vector，假設我想要預先配置好 5 個大小的話可以這樣寫 vector.reserve(5)，這樣會預留 5 個元素的空間，使用 capacity() 會得到 5，但裡面還沒有任何元素所以使用 size() 會得到 0，之後用 push_back 將元素推進去，然後我們來觀察看看 size 與 capacity 的變化，
之後將 vector push_back 2 個元素進去，再次使用 capacity() 還是 5，而使用 size() 會得到 2，1 2 3 4 5 6 7 vector <int > v;cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.reserve(5 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;
輸出如下，1 2 3 size=0, capacity=0 size=0, capacity=5 size=2, capacity=5
那 vector reserve 預留 5 個元素的空間後，之後使用超過 5 個元素 capacity 會發生什麼變化呢？1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 vector <int > v;v.reserve(5 ); v.push_back(1 ); v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); v.push_back(1 ); v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;
輸出如下，可以發現當 vector 的元素超過預留的 5 個元素時，會將容量增長為原本 capacity 的兩倍，1 2 3 size=2, capacity=5 size=5, capacity=5 size=6, capacity=10
在 vector 建構子帶入數量 n 會初始化 n 個元素且預設初始值為 0，所以使用 size() 會回傳 n，跟上述的 reserve() 用途是不一樣的，詳見下列範例，1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 vector <int > v(2 );cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); v.push_back(2 ); v.push_back(3 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;for (int i = 0 ; i < v.size(); i++) { cout << v[i] << " " ; } cout << "\n" ;
輸出如下，一開始在 vector 建構子帶入的數量 2 會初始化 2 個元素，1 2 3 size=2, capacity=2 size=5, capacity=8 0 0 1 2 3
vector shrink_to_fit() 收縮的用法 呈上述 reserve 例子，這時 vector 再使用 shrink_to_fit 成員函式的話，會釋放（free）那些尚未使用的空間，
1 2 3 4 5 6 7 8 vector <int > v;v.reserve(5 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.push_back(1 ); v.push_back(1 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.shrink_to_fit(); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;
輸出如下，可以發現 vector 使用 shrink_to_fit() 後，容量 capacity 收縮回目前元素的 2 個數大小，1 2 3 size=0, capacity=5 size=2, capacity=5 size=2, capacity=2
如果 size() 剛好等於 capacity() 的話，那麼使用 shrink_to_fit() 則不會有空間被釋放。
vector resize() 的用法 vector 使用 resize 跟 reserve 不太一樣，resize 變大時會把多的元素補 0，例如：1 2 3 4 5 6 7 vector <int > v;v.resize(5 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;for (int i = 0 ; i < v.size(); i++) { cout << v[i] << " " ; } cout << "\n" ;
輸出如下，印出來的元素都是 0，1 2 size=5, capacity=5 0 0 0 0 0
resize 如果要順便指定元素初始值的話，可以將初始值帶入 resize() 的第二個引數，像這樣寫，1 2 3 4 5 6 7 vector <int > v;v.resize(5 , 10 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;for (int i = 0 ; i < v.size(); i++) { cout << v[i] << " " ; } cout << "\n" ;
輸出如下，這些新增的元素初始值都設成 10 了，1 2 size=5, capacity=5 10 10 10 10 10
如果 resize 的大小超過 capacity 容量大小會怎麼樣呢？1 2 3 4 5 6 7 8 vector <int > v = {1 , 2 , 3 };cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;v.resize(5 ); cout << "size=" << v.size() << ", capacity=" << v.capacity() << "\n" ;for (int i = 0 ; i < v.size(); i++) { cout << v[i] << " " ; } cout << "\n" ;
輸出如下，原本的 1, 2, 3 元素有保留以外，剩下新增的元素補 0，1 2 3 size=3, capacity=3 size=5, capacity=6 1 2 3 0 0
兩個 vector 串連 這邊介紹 C++ 如何將兩個 vector 串連，最簡單方式就是寫迴圈一個一個複製過去，這邊要介紹更方便的方法，就是用 std::copy，例如：兩個 vector 分別為 src 與 dst，那麼可透過 std::copy 將 src 的內容複製到 dst 後面，大致用法如下，1 std ::copy(src.begin(), src.end(), std ::back_inserter(dst));
要使用 std::copy 需要引入的標頭檔 <algorithm>，使用 std::back_inserter 需要引入的標頭檔 <iterator>。
以下實際範例示範兩個 vector 串連，將 vec1 的內容複製到 vec2 後面，然後再將 vec2 印出來，std-vector2.cpp 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 #include <iostream> #include <vector> #include <algorithm> #include <iterator> using namespace std ;int main () vector <int > vec1 = {1 , 2 , 3 }; vector <int > vec2 = {4 , 5 , 6 }; std ::copy(vec1.begin(), vec1.end(), std ::back_inserter(vec2)); for (auto &v : vec2) { cout << v << " " ; } cout << "\n" ; return 0 ; }
輸出結果如下，
vector 的優點與缺點 vector 的優點
宣告時可以不用確定大小
節省空間
支持隨機訪問[i]
vector 的缺點
進行插入刪除時效率低
只能在末端進行 pop 和 push
vector 使用小技巧 使用 vector 時提前分配足夠的空間以避免不必要的重新分配記憶體和搬移資料
開發者喜歡使用 vector，因為他們只需要往向容器中添加元素，而不用事先操心容器大小的問題。但是由一個容量為 0 的 vector 開始往裡面持續添加元素會花費大量的運行性能。如果你預先就知道 vector 需要保存多少元素，就應該提前為其分配足夠的空間reserve()以提升性能。
以上就是 C++ std::vector 用法與範例的介紹，Facebook 按讚 支持一下！
參考https://en.cppreference.com/w/cpp/container/vector http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/ https://www.geeksforgeeks.org/vector-in-cpp-stl/
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