STL精讲：vector容器
大家好，这里是彩妙呀~
在C++的标准模板库（STL）中，vector 绝对是最常用、也最值得初学者优先掌握的容器之一。你可以把它想象成一个“会自己变长的数组”。普通的数组一旦创建，大小就固定了，想添加新元素很麻烦。但 vector 不同，它能在运行时根据需要自动调整大小，帮你管理内存，省去了很多手动操作的麻烦。
作为序列式容器的代表，vector 是学习其他STL容器（如 list, deque）的基础。掌握好 vector 的常用操作（如初始化、遍历、增删改查）和特性（如容量 capacity 与大小 size 的区别），将为你的C++编程打下坚实的基石。接下来，彩妙将带着大家深入了解并掌握这STL中的利器吧~
目录
默认构造函数（empty container constructor）
使用 operator [ ] 运算符重载来使得vector如同int*一样访问元素
vector::size 以及 vector::max_size
查看与改变容量的接口：vector::resize ，vector::reserve与 vector::capacity
查“空”与瘦身：vector::empty与vector::shrink_to_fit
尾插与尾删元素：vector::push_back与vector::pop_back
随意的插入与删除：vector::insert与vector::erase
vector的介绍-参考文档
C++的vector是标准模板库（STL）中的动态数组容器，位于<vector>头文件中。它能够自动管理内存，支持动态扩容，无需手动处理数组大小。vector存储连续的元素，允许通过下标随机访问，效率与普通数组相近。也可以通过百度百科来进行一个了解。
在底层逻辑上，vector是一个顺序表。相比string类来说，少了许多的冗余接口，相对精简一些。
本篇博客会挑一些常用的接口来讲解，如果有需求或者要扩展阅读，可以自己查阅一下参考文档。
由于STL容器中，有多重相似性（如迭代器，相似的遍历之类的），所以我在将第一个string类的链接时，着重吧这些点详细讲了一遍，这里我就不多赘述了。
vector的构建与析构
vector中的构建函数
我们发现，一共有四个接口。但是我们可以阅读文档，发现：C++11中优化了这4个接口，新增了两个接口；C++14中没有增加额外接口，而是对已有接口进行改良。
本篇博客将带着大家学习C++98中的接口，C++11中的优化后续博客会集中讲解。
默认构造函数（empty container constructor）
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec; // 默认构造一个空的 vector
std::cout << "Size: " << vec.size() << std::endl; // 输出 Size: 0
std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << std::endl; // 输出 Capacity: 0
return 0;
}
这个构造函数创建一个空的
vector，初始时没有任何元素。
size()返回 0，表示当前vector中没有元素。
capacity()也可能返回 0，表示当前vector的容量为 0（即没有预分配内存）。
填充构造函数（fill constructor）
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec(5, 10); // 构造一个包含 5 个元素的 vector，每个元素的值为 10
std::vector<int> v2(vec.begin(),vec.end()); //通过迭代器来初始化vector，但迭代器可以指定范围来存数据
std::cout << "Size: " << vec.size() << std::endl; // 输出 Size: 5
for (int i : vec) {
std::cout << i << " "; // 输出 10 10 10 10 10
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}范围构造函数（range constructor）
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<int> vec(arr, arr + 5); // 从数组 arr 的第一个元素到第五个元素构造 vector
std::cout << "Size: " << vec.size() << std::endl; // 输出 Size: 5
for (int i : vec) {
std::cout << i << " "; // 输出 1 2 3 4 5
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}拷贝构造函数（copy constructor）
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化 vec1
std::vector<int> vec2(vec1); // 用 vec1 拷贝构造 vec2
std::cout << "Size of vec1: " << vec1.size() << std::endl; // 输出 Size of vec1: 5
std::cout << "Size of vec2: " << vec2.size() << std::endl; // 输出 Size of vec2: 5
for (int i : vec2) {
std::cout << i << " "; // 输出 1 2 3 4 5
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}析构函数参考文档
一般来说，我们只使用而不去探究其内部工作原理，不怎么要深究这部分知识。
运算符重载：vector::operator=
这个接口底层是套用了默认构造函数与拷贝构造函数，属于一种简便方式：
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec1 = {1, 2, 3, 4, 5}; // 初始化 vec1
std::vector<int> vec2 = vec1; // 用 vec1 拷贝构造 vec2 ，等同于 vec2(vec1)
std::cout << "Size of vec1: " << vec1.size() << std::endl; // 输出 Size of vec1: 5
std::cout << "Size of vec2: " << vec2.size() << std::endl; // 输出 Size of vec2: 5
for (int i : vec2) {
std::cout << i << " "; // 输出 1 2 3 4 5
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}vector的遍历
使用 operator [ ] 运算符重载来使得vector如同int*一样访问元素
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
for (size_t i = 0; i < vec.size(); ++i) {
std::cout << vec[i] << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
}
return 0;
}这中遍历方式是最基础的一种方式，使用数组下标方式访问元素，类似于C风格数组。
- 优点：简单直观，适合需要知道元素索引的场景
- 缺点：需要手动管理索引，容易越界（虽然vector的[]操作不检查边界，但at()会检查）
使用STL经典遍历方式：迭代器（iterator）遍历
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 使用普通迭代器
for (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
std::cout << *it << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
}
// 使用auto简化（推荐）
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
return 0;
}
迭代器是STL的核心概念，提供了统一的容器访问接口
begin()返回指向第一个元素的迭代器，end()返回指向最后一个元素之后的迭代器
*it解引用获取元素值优点：适用于所有STL容器，可以配合算法使用
重要提示：使用
++it（前置递增）而不是it++（后置递增），避免不必要的临时对象
范围for循环（C++11及以上，最推荐的方式）
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
// 只读遍历
for (int num : vec) {
std::cout << num << " "; // 输出: 1 2 3 4 5
}
// 修改元素（使用引用）
for (auto& num : vec) {
num *= 2; // 修改元素值
}
// 读取修改后的值
for (int num : vec) {
std::cout << num << " "; // 输出: 2 4 6 8 10
}
return 0;
}
C++11引入的特性，语法最简洁，但注意的是：范围for底层也是运用迭代器来进行遍历的，相较于性能效率而言，两者并无区别。这样写只是提高了代码的可读性。
读取元素时使用
const auto&避免拷贝（推荐）修改元素时使用
auto&（引用）最推荐的遍历方式，现代C++编程的首选
vector中容器的接口
vector::size 以及 vector::max_size
这个接口可以查看我们vector中实际存放的元素数量，来看代码：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> box{1, 2, 3}; // 装了3个整数
cout << box.size(); // 输出：3
return 0;
}
这个接口建议查看 vector理论上能装的最大元素数量（受系统 / 编译器限制的上限，比如内存、数据类型大小）。但这个接口几乎用不上，所以不在展示。
查看与改变容量的接口：vector::resize ，vector::reserve与 vector::capacity
这个接口可以主动修改vector中实际存放的元素数量（可以 “加位置” 也可以 “减位置”）。
使用方法：
resize(n)：把元素数量改成 n。
若 n > 原 size：新增位置填充默认值（int 填 0、string 填空串）；
若 n < 原 size：删掉后面的元素。
resize(n, val)：新增位置填充指定值 val（更灵活）。
vector<int> box{1, 2}; // 初始size=2
box.resize(4); // size变4，新增位置填0 → {1,2,0,0}
box.resize(2); // size变2，删掉后面元素 → {1,2}
box.resize(5, 9); // size变5，新增位置填9 → {1,2,9,9,9}
这个接口可以提前申请指定大小的存储空间（只改 capacity，不改 size），避免频繁扩容导致性能损耗。相当于扩容（在vs编译器下，扩容倍率是按照1.5倍来进行扩容（向上取整）g++中采用的是2倍扩容）
注意：reserve(n)，仅当 n > 当前 capacity 时生效；若 n < 当前 capacity，无任何变化。
vector<int> box;
box.reserve(100); // 提前申请能装100个元素的空间
cout << box.size(); // 输出：0（没装任何东西）
cout << box.capacity(); // 输出：100（能装100个）
这个接口可以查看 vector实际分配的存储空间能装多少元素（盒子本身的容量，不是实际装的数量）
size是 “装了多少”，capacity是 “能装多少”。vector 为了效率，会提前多分配空间，避免每次加元素都重新分配内存。
vector<int> box;
box.push_back(1); // 装1个元素：size=1，capacity=1（不同编译器可能不同）
box.push_back(2); // 装2个元素：size=2，capacity=2
box.push_back(3); // 装3个元素：size=3，capacity=4（自动扩容，比如成倍扩）
cout << box.capacity(); // 输出：4查“空”与瘦身：vector::empty与vector::shrink_to_fit
这个接口可以检查 vector 里是否为空（有没有装任何元素），返回值为bool值。
vector<int> box;
cout << boolalpha; // 让cout输出true/false而不是1/0
cout << box.empty(); // 输出：true
box.push_back(1);
cout << box.empty(); // 输出：false
这个接口可以把 vector 的存储空间 瘦身 到和实际元素数量一致（本质上是让 capacity = size，从而释放空间），释放多余的内存。
vector<int> box;
box.reserve(100); // capacity=100，size=0
box.push_back(5); // capacity=100，size=1
box.shrink_to_fit(); // 瘦身：capacity=1，size=1
cout << box.capacity(); // 输出：1小总结：
- size/empty：关注 “实际装了多少”——size 查数量，empty 判空（优先用 empty）；
- capacity/reserve/shrink_to_fit：关注 “分配了多少空间”——capacity 查容量，reserve 提前扩容，shrink_to_fit 释放多余空间；
- resize/max_size：resize 改实际元素数，max_size 是理论上限（几乎不用）。
vector中修改类型（modifiers）的接口
清空，再重新装填：vector::assign
把 vector 里现有的所有东西全清掉，重新装一批新元素（新东西）（相当于 “重置” 整个盒子的内容）。
这个接口有两个函数重载：
assign(n, val)：装 n 个值为 val 的元素；assign(起始迭代器, 结束迭代器)：从其他容器 / 数组里复制一段元素过来；
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main() {
vector<int> box{1,2,3}; // 初始：{1,2,3}
box.assign(2, 9); // 清空后装2个9 → {9,9}
vector<int> other{4,5,6};
box.assign(other.begin(), other.end()); // 复制other的所有元素 → {4,5,6}
return 0;
}尾插与尾删元素：vector::push_back与vector::pop_back
这个接口可以往 vector 的最后面塞一个元素。而且会自动扩容（相当于调用reserve（）接口）：
vector<int> box{1,2};
box.push_back(3); // 尾部加3 → {1,2,3}
box.push_back(4); // 尾部加4 → {1,2,3,4}
这个接口只做一件事情：把 vector最后一个元素拿走（只删末尾，不删中间），操作只改变vector的大小，而不改变容量。
vector<int> box{1,2,3,4};
box.pop_back(); // 删掉最后一个4 → {1,2,3}
box.pop_back(); // 删掉最后一个3 → {1,2}随意的插入与删除：vector::insert与vector::erase
这个接口可以在 vector任意位置插入元素（比如开头、中间），插入位置后的元素会自动往后挪。但因为要牵扯到元素的移动，使用效率会有损失。
常见的三种使用方式：
insert(位置迭代器, val)：在指定位置插 1 个val；insert(位置迭代器, n, val)：在指定位置插n个val；insert(位置迭代器, 起始迭代器, 结束迭代器)：插一段其他元素；
vector<int> box{1,4};
// 在第二个位置（begin()+1）插一个2 → {1,2,4}
box.insert(box.begin()+1, 2);
// 在第三个位置（begin()+2）插2个3 → {1,2,3,3,4}
box.insert(box.begin()+2, 2, 3);
这个接口可以删除 vector指定位置 / 指定范围的元素，删除后后面的元素会自动往前挪（同样有效率损失）。
常见的两种使用方式：
erase(位置迭代器)：删除单个元素；erase(起始迭代器, 结束迭代器)：删除一个范围的元素；
vector<int> box{1,2,3,4,5};
box.erase(box.begin()+2); // 删除第三个元素（3）→ {1,2,4,5}
// 删除第2到第4个元素（2,4）→ {1,5}（注意：结束迭代器是“删到但不包含”）
box.erase(box.begin()+1, box.begin()+3);交换两个vector：vector::swap
这个接口把两个 vector 的所有内容互换（包括里面的元素、size、capacity），效率极高（只是换个 “盒子标签”（类比指针的交换），不拷贝元素）。
vector<int> box1{1,2}; // size=2, capacity=2
vector<int> box2{3,4,5}; // size=3, capacity=3
box1.swap(box2);
// 互换后：box1={3,4,5}，box2={1,2}清空vector：vector::clear
这个接口把 vector 里的所有元素清空（盒子里空了），但盒子本身的容量（capacity）不变（盒子大小还在）。
vector<int> box{1,2,3};
box.clear(); // 清空后size=0，capacity仍为3（盒子还能装3个）
cout << box.size(); // 输出：0
cout << box.capacity(); // 输出：3emplace是C++11中提出的新玩意，后续会将。
vector中的运算符重载：
(1) (2) (3) (4) (5) (6)
这类运算符重载可以实现两个vector的大小比较，但大多数的运算符重载都用了复用：
| operation | equivalent operation |
|---|---|
a!=b | !(a==b) |
a>b | b<a |
a<=b | !(b<a) |
a>=b | !(a<b) |
零星知识点
- vector不支持流插入与流提取，大多数情况下都是使用一个临时变量int x来进行vector的尾插（或者使用C语言中数组输入的风格）。这里不是因为实现麻烦，而是因为输入输出不固定，可以多样化来输入输出。
- vector可以使用其他类型初始化：例如vector<char> , vector<double>，甚至可以用类类型初始化，但是不保证其可以满足预期（例如vector<char>不会自动补齐'\0'，string类可以自动补齐，且可以实现编码需求）。
本篇到这里就结束了，喜欢文章的小伙伴可以关注一下彩妙，我们下一篇再见~
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