C++ 向量（vector）
1. vector介紹
向量 vector 是一種物件實體, 能夠容納許多其他型別相同的元素, 因此又被稱為容器。 與string相同, vector 同屬於STL(Standard Template Library, 標準模板庫)中的一種自定義的資料型別, 可以廣義上認為是陣列的增強版 ,與陣列相比，vector就是一個可以不用再初始化就必須制定大小的邊長陣列，當然了，它還有許多高階功能。
在使用它時, 需要包含標頭檔案vector.
#include<vector>1.1 向量宣告和初始化
vector 型變數的宣告以及初始化的形式也有許多, 常用的有以下幾種形式:
/* 初始化vector物件的方法 */ vector<T> v1 ; //v1是一個空的vector,它潛在的元素是T型別的，執行預設初始化 vector<T> v2(v1) ; //v2中包含v1中所有元素的副本 vector<T> V2 = V1; //與上等價 vector<T> v3(n, val) ; //宣告一個初始大小為10且初始值都為1的向量 vector<T> v4(n) ; //v4包含了n個重複地執行了值初始化的物件 vector<T> v5{a,b,c,...} //v5包含了初始值個數的元素，每個元素給賦予對應的初值 vector<T> v5 = {a,b,c,...} //與上等價 vector<T> v6(v5.begin(), v5.begin()+3) ; //將v5向量中從第0個到第2個(共3個)作為向量v6的初始值
如果vector的元素型別是int，預設初始化為0；如果vector元素型別為string，則預設初始化為空字串。除此之外, 還可以直接使用陣列來初始化向量,例如 :
vector<int> v1; vector<father> v2; vector<string> v3; vector<vector<int> >; //注意空格。這裡相當於二維陣列int a[n][n]; vector<int> v5 = { 1,2,3,4,5 };//列表初始化,注意使用的是花括號 vector<string> v6 = { "hi","my","name","is","lee" }; vector<int> v7(5, -1); //初始化為-1,-1,-1,-1,-1。第一個引數是數目，第二個引數是要初始化的值 vector<string> v8(3, "hi"); vector<int> v9(10); //預設初始化為0 vector<int> v10(4); //預設初始化為空字串 /* 直接使用陣列來初始化向量 */ int n[] = {1, 2, 3, 4, 5} ; vector<int> v11(n, n+5) ; //將陣列n的前5個元素作為向量a的初值 vector<int> v11(&n[1], &n[4]) ;//將n[1] - n[4]範圍內的元素作為向量v11的初值
1.2 訪問和操作vector中的每個元素
元素的輸入和訪問可以像操作普通的陣列那樣, 用cin>>進行輸入, cout<<a[n] 這樣進行輸出，示例:
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std ;
int main()
{
vector<int> a(10, 0) ; //大小為10初值為0的向量a
/* 對其中部分元素進行輸入 */
cin >>a[2] ;
cin >>a[5] ;
cin >>a[6] ;
/* 全部輸出 */
for(int i=0; i<a.size(); i++)
cout<<a[i]<<" " ;
return 0 ;
}注意：只能對已存在的元素進行賦值或者修改操作，如果是要加入新元素，務必使用push_back。push_back的作用有兩個：告訴編譯器為新元素開闢空間、將新元素存入新空間裡。
比如下面的程式碼是錯誤的，但是編譯器不會報錯，就像是陣列越界。
vector<int> vec; //vec為空
vec[0] = 1; //錯誤！不能給空向量直接賦值，應該用push_back()但是可以這樣寫：
vector<int> vec(3); //vec宣告時定義了長度為3，預設vec中有三個元素0
vec[0] = 1; //正確！相當於將vec中第0個元素的值0變成1 向量元素的位置也是一種資料型別, 在向量中迭代器的型別為: vector<int>::iterator。 迭代器不但表示元素位置, 還可以再容器中前後移動。我們也可以選擇使用迭代器(iterator)來訪問元素：
vector<string> v6 = { "hi","my","name","is","lee" };
for (vector<string>::iterator iter = v6.begin(); iter != v6.end(); iter++)
{
cout << *iter << endl;
//下面兩種方法都行
cout << (*iter).empty() << endl;
cout << iter->empty() << endl;
}上面是正向迭代，如果我們想從後往前迭代該如何操作？使用反向迭代器(reverse_iterator)，如下：
for (vector<string>::reverse_iterator iter = v6.rbegin(); iter != v6.rend(); iter++)
{
cout << *iter << endl; //訪問iter所指向的元素
}1.3 向量的基本操作
---- 基本操作 ----
v.size() //返回向量v中的元素個數
v.empty() //若v中不包含任何元素，返回真；否則返回假
v.push_back(t) //向v的尾端新增一個值為t的元素
v.front() //訪問v的第一個元素
v.back() //訪問v的最後一個元素
v[n] //返回v中第n個位置上元素的應用
v1 = v2 ; //將v2中的元素拷貝替換v1中的元素
v1 = {a,b,c,...} //用列表中元素拷貝替換v1中的元素
==、!=、>、>=、<、<= //慣有含義，以字典順序進行比較 ;
---- 新增或刪除元素的操作 ----
push_back() //把傳送為引數的物件新增到vector的尾部
pop_back() //刪除vector尾最後一個元素
erase() //刪除一個或多個元素
--v.erase(v.begin()) ; //將起始位置的元素刪除
--v.erase(v.begin(), v.begin()+3) ;//將(v.begin(), v.begin()+3)之間的3個元素刪除
--v.erase(v.begin() + 3); //刪除第4個元素
clear() //清除所有元素
insert() //插入一個或多個物件
--v.insert(v.begin(), 1000); //將1000插入到向量v的起始位置前
--v.insert(v.begin() + 1,9); //在第二個位置插入新元素
--v.insert(v.begin(), 3, 1000) ; //位置0開始，連續插入3個1000
--v.insert(v.begin() + 1, 7,8); //位置1開始，連續插入7個8
--vector<int> a(5, 1) ;
vector<int> b(10) ;
b.insert(b.begin(), a.begin(), a.end());
//將a.begin(), a.end()之間的全部元素插入到b.begin()前
---- 交換 ----
v2.swap(v1) ; //v1向量與v2向量進行交換
vector的侷限：但凡使用了迭代器的迴圈體，都不要向迭代器所屬的容器新增元素！任何一種可能改變vector物件容量的操作，如push_back，都會使迭代器失效。
push_back和inset的區別：
- push_back把元素插入容器末尾，insert把元素插入任何你指定的位置。
- push_back速度一般比insert快，如果能用push_back儘量先用push_back。
1.4 二維向量
與陣列相同, 向量也可以增加維數, 例如宣告一個m*n大小的二維向量方式可以像如下形式:
vector< vector<int> > b(10, vector<int>(5)); //建立一個10*5的int型二維向量在這裡, 實際上建立的是一個向量中元素為向量的向量。同樣可以根據一維向量的相關特性對二維向量進行操作, 如：
#include<iostream>
#include<vector>
using namespace std ;
int main()
{
vector< vector<int> > b(10, vector<int>(5, 0)) ;
//對部分資料進行輸入
cin>>b[1][1] ;
cin>>b[2][2] ;
cin>>b[3][3];
//全部輸出
int m, n ;
for(m=0; m<b.size(); m++) //b.size()獲取行向量的大小
{
for(n=0; n<b[m].size(); n++) //獲取向量中具體每個向量的大小
cout<<b[m][n]<<" " ;
cout<<"\n" ;
}
return 0;
}2. C++中陣列和vector的比較
2.1 陣列
C++中陣列是一種內建的資料型別。陣列是存放型別相同的物件的容器，陣列的大小確定不變，不能隨意向陣列中增加元素。
1、定義和初始化內建陣列
- 陣列的大小不變，（a[d]，d為陣列的維度），陣列的維度必須是一個常量表達式。定義陣列的時，必須指定陣列的型別和大小。
- 初始化時，允許不指明陣列的維度，不指明維度，則編譯器根據陣列初始值的大小推測出維度；若指定維度，則初始值的個數要小於等於維度，當小於時，不足的部分為0（其實還是等於維度）。
int a[]={1,2,3}; //陣列a的大小為3；
int a[5]={1,2,3}; //等價於{1,2,3,0,0},大小為5
int a[5]={1,2,3,4,5,6}; //錯誤，初始值過多- 有一種特殊的情況：字元陣列。當用字串字面值去初始化陣列時，要注意字串字面值的後面還有一個空字元。也就是說，陣列的大小要等於字面值的大小加1。
- 特別注意：不允許拷貝和賦值，即不能將陣列的內容拷貝給其他陣列作為初始值，也不能用陣列為其他陣列賦值。
2、訪問陣列元素
- 陣列的索引是從0開始，如：包含10個元素的陣列a，其索引是從0到9而非1到10，若是a[10]則下標越界。
- 使用陣列下標時，其型別是size_t，在標頭檔案cstddef中。
2.2 向量
C++中vector為類模板。vector是型別相同的物件的容器，vector的大小可以變化，可以向陣列中增加元素。
1、定義和初始化vector物件
vector初始化的方式比較多，有如下幾種：
vector<T> v1; //v1為空，執行預設初始化，只用預設初始化時，不能通過下標進行新增元素
vector<T> v2(v1); //v2中包含v1所有元素的副本
vector<T> v2=v1; //等價於v2(v1)
vector<T> v3(n,val); //v3中包含n個重複元素，每個元素的值都是val
vector<T> v4(n); //v4包含n個重複執行了值初始化的物件
vector<T> v5{a,b,c...}; //包含初始化元素個數，每個元素被對應的賦予相應的值
vector<T> v5={a,b,c...}; //等價v5{a,b,c...}注意事項：
- （1）vector<T> v1，只用預設初始化時，不能通過下標進行新增元素。也就是說，當你將v1初始化為空時，假如你想向v1中新增10個元素，不能通過v1[2]=3;等形式新增，因為，別人為空，壓根不知道v1[2]是什麼東東。
- （2）注意vector<T> v4(n)和vector<T> v4{n}的區別。前者說的是，v4中有n個相同的元素，至於值為多少要看相應物件的初始化值；而後者，則是說v4中只有一個元素，其值為n。
- （3）不能使用包含著多個值的括號去初始化vector物件。注意和花括號的區別。
例如：
vector<int> a ; //宣告一個int型向量 a
vector<int> a(10) ; //宣告一個初始大小為 10 的向量
vector<int> a(10, 1) ; //宣告一個初始大小為 10 且初始值都為 1 的向量
vector<int> b(a) ; //宣告並用向量 a 初始化向量 b
vector<int> b(a.begin(), a.begin()+3) ; //將a向量中從第0個到第2個(共3個)作為向量b的初始值2、向vector物件中新增物件
利用vector的成員函式 push_back 向其中新增物件：
vector<int> v;
for(int i=0;i !=100;++i) {
v.push_back(i);
}注意：若是迴圈體內包含向vector物件新增元素的語句，則不能使用範圍for迴圈。因為範圍for語句不應改變其所遍歷序列的額大小。原因如下：
vector<int> v={1,2,3,4,5,6,7,8,9};
for(auto &r: v) {
r*=2;
}
// 等價於
for(auto beg=v.begin(),end=v.end() ; beg !=end ; ++beg ) {
auto &r=*beg;
r*=2;
}即在範圍for語句中，預存了end()的值，一旦在序列中新增（刪除）元素，end函式的值就可能變的無效了
3、vector的擴容、插入和刪除
（1）擴容
vector的底層資料結構是陣列。
當vector中的可用空間耗盡時，就要動態地擴大內部陣列的容量。直接在原有物理空間的基礎上追加空間？這不現實。陣列特定的地址方式要求，物理空間必須地址連續，而我們無法保證其尾部總是預留了足夠空間可供拓展。一種方法是，申請一個容量更大的陣列，並將原陣列中的成員都搬遷至新空間，再在其後方進行插入操作。新陣列的地址由OS分配，與原資料區沒有直接的關係。新陣列的容量總是取作原陣列的兩倍。
（2）插入和刪除
插入給定值的過程是，先找到要插入的位置，然後將這個位置（包括這個位置）的元素向後整體移動一位，然後將該位置的元素複製為給定值。刪除過程則是將該位置以後的所有元素整體前移一位。
（2）vector的 size 和 capacity
size指vector容器當前擁有的元素個數，capacity指容器在必須分配新儲存空間之前可以儲存的元素總數，capacity總是大於或等於size的。
2.3 陣列與vector的對比
- 記憶體中的位置 C++中陣列為內建的資料型別，存放在棧中，其記憶體的分配和釋放完全由系統自動完成；vector，存放在堆中，由STL庫中程式負責記憶體的分配和釋放，使用方便。
- 大小能否變化 陣列的大小在初始化後就固定不變，而vector可以通過 push_back 或 pop 等操作進行變化。
- 用size獲取長度 陣列在定義時就確定了長度，不能用size獲取長度；vector可以用size 獲取長度。
- 初始化 陣列不能將陣列的內容拷貝給其他陣列作為初始值，也不能用陣列為其他陣列賦值；而vector可以。
- 執行效率 陣列>vector向量。主要原因是vector的擴容過程要消耗大量的時間。
3. push_back賦值 vs. 下標賦值
【向量 push_back賦值 vs. 下標賦值 原部落格地址】
在程式設計過程中，經常會遇到需要建一個大的vector，並對裡面的元素逐一順序求值。此時我們有兩種選擇：
- 先reserve(n)後，再逐一的push_back
- 先建立含n元素的vector，再逐一的通過下標為其賦值
那麼，這兩個方法哪個會更快一些呢？
// test1 向量通過push_back賦值
int main() {
int i=100000;
for(int j=0;j< i;j++){
vector<int> sz;
sz.reserve(10000);
for(int k=0;k<10000;k++)
sz.push_back(1);
}
return 0;
}
//test2 向量直接通過下標賦值
int main() {
int i=100000;
for(int j=0;j<i;j++){
vector<int> sz(10000);
for(int k=0;k<10000;k++)
sz[k]=1;
}
return 0;
}用g++編譯後，在ubuntu上測試兩個程式的執行時間，發現test1需要20.289s,而test2竟只需要5.435s。且更換資料，多次均是如此。 由此，顯然可知，先建立n個元素的vector，再一一用下標取值要快的多。 與n次push_back的時間相比，遍歷vector為每個元素的初始化所花時間完全是微不足道的。
故，在已知vector的資料的時候，直接在宣告時給出元素個數，是十分明智且效率高的選擇。在資料存取時，在同等情況下，可儘量用陣列下標存取元素，減少呼叫push_back的次數。
【原因淺究】為什麼vector會造成這麼慢的訪問速度呢？查閱stl原始碼，發現push_back呼叫了insert_aux，並在此函式中呼叫了constructor,copy_backward等函式，其函式的功能也都較簡單，但其每一步都要檢查是否有效是否發生錯誤等情況，可見其主要是頻繁的檢查與其他函式的呼叫佔用了時間，（在呼叫函式的時候，會需要保留棧，儲存變數等情況，在大量push_back時，這些也無形中佔用了許多時間，也自然堆積起來使得 test2 比 test1 慢很多）。