好的！既然你提到了 C++ 标准库中的容器类 <vector>，我将为你详细讲解它的用法，包括基本概念、特性、功能以及实用示例。<vector> 是 C++ STL 中最常用的动态数组容器，适合需要动态调整大小的场景。它提供了灵活性和丰富的接口，是编程中不可或缺的工具。以下是完整的内容，适合学习和实践。

C++ 标准库：<vector>

<vector> 是一个模板类，表示动态大小的数组。它的主要特点是：

  • 动态大小：可以在运行时添加或删除元素。
  • 连续内存：元素存储在连续的内存块中，访问效率高。
  • STL 兼容：支持迭代器、算法和丰富的成员函数。
  • 自动管理内存：无需手动分配或释放内存。

包含头文件

#include <vector>
#include <iostream> // 通常配合使用

定义格式

std::vector<类型> 变量名;
  • 类型：元素的数据类型（如 int、double、std::string）。
  • 可选：初始大小或初始化列表。

基本用法

1. 声明和初始化

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec1;               // 空向量
    std::vector<int> vec2(5, 10);        // 5 个元素，每个值为 10
    std::vector<int> vec3 = {1, 2, 3, 4}; // 初始化列表（C++11 起）

    std::cout << "vec3: ";
    for (int val : vec3) {
        std::cout << val << " ";
    }
    std::cout << std::endl; // 输出：1 2 3 4
    return 0;
}

2. 添加和删除元素

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec;
    vec.push_back(10); // 在末尾添加元素
    vec.push_back(20);
    vec.push_back(30);

    std::cout << "Original: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出：10 20 30
    }
    std::cout << std::endl;

    vec.pop_back(); // 删除最后一个元素
    std::cout << "After pop: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出：10 20
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}
  • push_back()：O(1) 均摊复杂度，但可能触发内存重新分配。
  • pop_back()：O(1) 复杂度。

3. 访问元素

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<double> vec = {1.5, 2.7, 3.9};
    std::cout << "First: " << vec[0] << std::endl;      // 下标访问
    std::cout << "Second: " << vec.at(1) << std::endl;  // 边界检查访问
    std::cout << "Front: " << vec.front() << std::endl; // 第一个元素
    std::cout << "Back: " << vec.back() << std::endl;   // 最后一个元素
    return 0;
}

输出：

First: 1.5
Second: 2.7
Front: 1.5
Back: 3.9
  • []：无边界检查，性能更高。
  • at()：有边界检查，超界抛出 std::out_of_range。

4. 大小和容量

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3};
    std::cout << "Size: " << vec.size() << std::endl;         // 当前元素数：3
    std::cout << "Capacity: " << vec.capacity() << std::endl; // 当前容量：3 或更大
    std::cout << "Empty? " << (vec.empty() ? "Yes" : "No") << std::endl; // 是否为空：No

    vec.push_back(4);
    std::cout << "After push - Size: " << vec.size() << ", Capacity: " << vec.capacity() << std::endl;
    return 0;
}
  • size()：当前元素个数。
  • capacity()：当前分配的内存可容纳的元素数（可能大于 size()）。
  • 容量不足时，vector 会重新分配内存，通常翻倍增长。

5. 修改和调整

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4};
    vec.insert(vec.begin() + 1, 99); // 在第 2 个位置插入 99
    std::cout << "After insert: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出：1 99 2 3 4
    }
    std::cout << std::endl;

    vec.erase(vec.begin()); // 删除第一个元素
    std::cout << "After erase: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出：99 2 3 4
    }
    std::cout << std::endl;

    vec.resize(2); // 调整大小为 2
    std::cout << "After resize: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " "; // 输出：99 2
    }
    std::cout << std::endl;

    return 0;
}
  • insert()：O(n) 复杂度（移动后续元素）。
  • erase()：O(n) 复杂度。
  • resize()：若缩小则截断，若扩大则填充默认值。

6. 迭代器

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<std::string> vec = {"Apple", "Banana", "Orange"};
    for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
        std::cout << *it << " ";
    }
    std::cout << std::endl; // 输出：Apple Banana Orange
    return 0;
}
  • 支持 begin()、end()、rbegin()（逆向）、rend()。

与 <array> 的对比

特性std::vectorstd::array
大小动态调整编译时固定
内存管理自动，动态分配无额外分配
性能可能有重新分配开销无开销，接近 C 数组
STL 接口丰富（插入、删除等）基础接口

注意事项

  1. 内存重新分配：push_back() 可能导致容量翻倍，旧迭代器失效。
  2. 异常安全：at() 抛异常，[] 不安全。
  3. 性能优化：用 reserve(n) 预分配容量，避免频繁重新分配。
  4. 清空：clear() 清空元素，但不释放容量；shrink_to_fit() 可减少多余容量（C++11）。

小练习

以下是一个基于 <vector> 的练习题，你可以尝试：

问题：

写一个 C++ 程序：

  1. 定义一个 std::vector<int>，初始化为 {1, 2, 3, 4, 5}。
  2. 在第 3 个位置插入 99。
  3. 删除第 1 个元素。
  4. 输出所有元素和当前大小。

参考答案（你可以先尝试）

#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};

    // 插入 99 到第 3 个位置（索引 2）
    vec.insert(vec.begin() + 2, 99);

    // 删除第 1 个元素（索引 0）
    vec.erase(vec.begin());

    // 输出所有元素和大小
    std::cout << "Elements: ";
    for (int val : vec) {
        std::cout << val << " ";
    }
    std::cout << "\nSize: " << vec.size() << std::endl;

    return 0;
}

输出：

Elements: 2 3 99 4 5
Size: 5

下一步

  • 如果你想试试这个练习，请写下你的代码，我会帮你检查。
  • 如果你想要更复杂的内容（比如多维 vector、排序、查找），或者设计 <vector> 的测验题，请告诉我！
  • 你也可以提出具体问题，比如“如何用 <vector> 实现堆栈？”或“<vector> 的内存管理细节？”。

现在，你想做什么？试试练习，还是有其他需求？