1、结构
vector模塑出一个动态数组,因此,它本身是“将元素置于动态数组中加以管理”的一个抽象概念。vector将其元素复制到内部的dynamic array中。元素之间总存在某种顺序,所以vector是一种有序群集。vector支持随机存取,因此只要知道位置,可以在常数时间内存取任何一个元素。根据vector的结构可知,在末端添加或者删除元素,性能相当好,如果在前端或者中部安插或删除元素,性能就不怎么样了,因为操作点之后的元素都需要移到另一位置,而每一次移动都需要调用assignement(赋值)操作符。
2、大小(size)和容量(capacity)
2.1 性能
vector的优异性能的秘诀之一就是配置比其容纳元素所需更多的内存。vector用于操作大小的函数有size(),empty(),max_size(),另一个有关大小的函数是capacity(),它返回的是vector实际能够容纳的元素数量,如果超越这个数量,vector就有必要重新配置内部存储器。
vector的容量之所以很重要,有以下两个原因:
- 一旦内存重新分配,和vector相关的所有元素都会失效,如:references,pointers,iterators。
- 内存分配很耗时间
2.2 内存分配
2.2.1 reserve
如果程序管理了和vector元素相关的reference,pointers,iterator,或者执行效率至关重要,那么就必须考虑容器的容量问题。可以使用reserve()来保留适当容量,避免一再的分配内存,只要保留的容量有剩余,就不用担心reference失效。
std::vector<T> v; v.reserve(n); //为vector分配容量为n的内存
还有一点要记住的是,如果调用reserve()所给的参数比当前的vector容量还小,不会发生任何反应,vector不能通过reverse来缩减容量。如何达到时间和空间的最佳效率,由系统版本决定,很多时候为了防止内存破碎,即使不调用reserve,当你第一次安插元素的时候,也会一次性配置整块内存(例如2K)。vector的容量不会缩减,即使删除元素,其reference,pointers,iterators也不会失效,继续指向发生动作之前的位置,然而安插元素可能使这些元素失效(因为安插可能重新分配内存空间)。
2.2.2 构造分配
另外一种避免重新分配内存的方法是,初始化期间就像构造函数传递附加参数,构造出足够的空间。如果参数是个数值,它将成为vector的起始大小。
std::vector<T> v(500); //分配能容纳500个T元素的内存大小
当然,要获得这种能力,这种元素必须提供一个default构造函数,如果类型很复杂,提供了default构造函数,初始化也会很耗时,如果只是为了保留足够的内存,建议使用reverse()。
2.2.3 内存缩减
当然,要想缩减vector内存还是有方法的,那就是两个vector交换了内容后,两者的容量也会交换,即保留元素,又缩减了内存。
template<class T> void shrinkCapacity(std::vector<T> &v) { std::vector<T> temp(v); //初始化一个新的vector v.swap(temp); //交换元素内容 }
或者通过下列语句:
std::vector<T> (v).swap(v);
不过应该注意的是,swap()之后,原先所有的reference,pointers,iterator都换了指涉对象,他们仍然指向原本位置,也就是说它们在交换之后,都失效了。
void mvTestSize() { // size 为20的vector vector<int> veciSize1; for (int i = 0; i < 20; i++) { veciSize1.push_back(i); } cout << "v1 size:" << veciSize1.size() << endl; cout << "v1 max size:" << veciSize1.max_size() << endl; cout << "v1 capacity:" << veciSize1.capacity() << endl; // size为200的vector vector<int> veciSize2; for (int i = 0; i < 200; i++) { veciSize2.push_back(i); } cout << "v2 size:" << veciSize2.size() << endl; cout << "v2 max size:" << veciSize2.max_size() << endl; cout << "v2 capacity:" << veciSize2.capacity() << endl; //分配固定的size vector<int> veciSize3; veciSize3.reserve(1000); for (int i = 0; i < 20; i++) { veciSize3.push_back(i); } cout << "v3 size:" << veciSize3.size() << endl; cout << "v3 max size:" << veciSize3.max_size() << endl; cout << "v3 capacity:" << veciSize3.capacity() << endl; }
输出结果:
3、 vector操作函数
3.1 构造、拷贝和析构
可以在构造时提供元素,也可以不提供。如果指定大小,系统会调用元素的default构造函数一一制造新元素。
操作 |
效果 |
vector<Elem> c |
产生一个空的vector,没有任何元素 |
vector<Elem> c1(c2) |
产生另一同一类型的副本 (所有元素都被拷贝) |
vector<Elem> c(n) |
利用元素的default构造函数生成一个大小为n的vector |
vector<Elem> c(n,elem) |
产生一个大小为n的vector,每个元素都是elem |
vector<Elem> c(beg,end) |
产生一个vector,以区间[beg,end)作为初始值 |
c.~vector<Elem>() |
销毁所有元素,释放内存 |
3.2 非变动操作
操作 |
效果 |
c.size() |
返回当前的元素数量 |
c.empty() |
判断大小是否为零,等同于0 == size(),效率更高 |
c.max_size() |
返回能容纳的元素最大数量 |
capacity() |
返回重新分配空间前所能容纳的最大元素数量 |
reserve() |
如果容量不足,扩大 |
c1 == c2 |
判断c1是否等于c2 |
c1 != c2 |
判断c1是否不等于c2(等同于!(c1==c2)) |
c1 < c2 |
判断c1是否小于c2 |
c1 > c2 |
判断c1是否大于c2 |
c1 <= c2 |
判断c1是否小于等于c2(等同于!(c2<c1)) |
c1 >= c2 |
判断c1是否大于等于c2 (等同于!(c1<c2)) |
3.3 赋值操作
操作 |
效果 |
c1 = c2 |
将c2的元素全部给c1 |
c.assign(n,elem) |
复制n个elem给c |
c.assign(beg,end) |
将区间[beg,end)赋值给c |
c1.swap(c2) |
将c1和c2元素互换 |
swap(c1,c2) |
将c1和c2元素互换,全局函数 |
值得注意的是,所有的赋值操作都可能调用元素的default构造函数,copy构造函数和assignment操作符或者析构函数。
3.4 元素存取
操作 |
效果 |
c.at(idx) |
返回索引idx标示的元素,如果越界,抛出越界异常 |
c[idx] |
返回索引idx标示的元素,不进行范围检查 |
c.front() |
返回第一个元素,不检查第一个元素是否存在 |
c.back() |
返回最后一个元素,不检查最后一个元素是否存在 |
按照c/c++的惯例,第一个元素的索引为0,所以n个元素的索引为n-1。只有at()会检查范围,其他函数不检查范围,如果越界,除了at()会抛出异常,其他函数会引发未定义行为,所以使用索引的时候,必须确定索引有效,对一个空的vector使用front()和back()都会发生未定义行为,所以调用他们,必须保证vector不为空。
对于non-const-vector,这些函数返回的都是reference,可以通过这些函数来改变元素内容。
3.5 迭代器相关函数
vector提供了一些常规函数来获取迭代器。vector的迭代器是random access iterators(随机存取迭代器),简单的来说就是数组一样的迭代器,可以直接使用下标操作。
操作 |
效果 |
c.begin() |
返回一个随机存取迭代器,指向第一个元素 |
c.end() |
返回一个随机存取迭代器,指向最后一个元素的下一个位置 |
c.rbegin() |
返回一个逆向迭代器,指向逆向迭代的第一个元素 |
c.rend() |
返回一个逆向迭代器,指向逆向迭代的最后一个元素的下一个位置 |
3.5.1迭代器失效条件
- 使用者在较小位置安插或移除元素。
- 由于容量变化而引起内存重新分配。
3.5.2 安插和移除元素
vector提供安插和移除操作函数,调用这些函数,必须保证参数合法:
- 迭代器必须指向一个合法位置。
- 区间的起始位置不能在结束位置之后。
- 不能从空容器中移除元素。
关于性能,下列情况的安插和移除操作可能效率高一些:
- 在容器的尾部安插或删除元素。
- 容量一开始就很大。
- 安插多个元素,调用一次比调用多次快。
安插和删除元素,会使“作用点”之后的各元素的reference、pointers、iterators失效,如果安插操作导致内存重新分配,该容器的所有reference、pointers、iterators都会失效。
操作 |
效果 |
c.insert(pos,elem) |
在pos位置上插入一个elem副本,并返回新元素位置 |
c.insert(pos,n,elem) |
在pos位置插入n个elem副本,无返回值 |
c.insert(pos,beg,end) |
在pos位置插入[beg,end]内所有元素的副本,无返回值 |
c.push_back(elem) |
在尾部添加一个elme副本 |
c.pop_back() |
移除最后一个元素 |
c.erase(pos) |
移除pos上的位置,返回下一个元素的位置 |
c.erase(beg,end) |
移除[beg,end)内的所有元素,并返回下一元素的位置 |
c.resize(num) |
将元素的位置改为num个(如果size变大了,多出来的元素需要default构造函数来完成构造)) |
c.resize(num,elem) |
将元素的位置改为num个(如果size变大了,多出来的元素都是elem的副本)) |
c.clear() |
移除所有元素,将容器清空 |
4、代码示例
// cont/vector1.cpp #include <iostream> #include <vector> #include <string> #include <algorithm> using namespace std; int main() { //create empty vector for strings vector<string> sentence; //reserve memory for five elements to avoid reallocation sentence.reserve(5); //append some elements sentence.push_back("Hello,"); sentence.push_back("how"); sentence.push_back("are"); sentence.push_back("you"); sentence.push_back("?"); //print elements separated with spaces copy (sentence.begin(), sentence.end(), ostream_iterator<string>(cout," ")); cout << endl; //print ‘‘technical data‘‘ cout << " max_size(): " << sentence.max_size() << endl; cout << " size(): " << sentence.size() << endl; cout << " capacity(): " << sentence.capacity() << endl; //swap second and fourth element swap (sentence[1], sentence [3]); //insert element "always" before element "?" sentence.insert (find(sentence.begin(),sentence.end(),"?"), "always"); //assign "!" to the last element sentence.back() = "!"; //print elements separated with spaces copy (sentence.begin(), sentence.end(), ostream_iterator<string>(cout," ")); cout << endl; //print "technical data" again cout << " max_size(): " << sentence.max_size() << endl; cout << " size(): " << sentence.size() << endl; cout << " capacity(): " << sentence.capacity() << endl; }
输出:
Hello, how are you ? max_size(): 268435455 size(): 5 capacity(): 5 Hello, you are how always ! max_size(): 268435455 size(): 6 capacity(): 10