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【C++】學習筆記十三——陣列的替代品

陣列的替代品

陣列的替代品有模板類vector和array。

1. 模板類vector

模板類vector類似於string類,也是一種動態陣列。

可以在執行階段設定vector物件的長度,可在末尾附加新資料,還可在中間插入新資料。

vector是使用new建立動態陣列的替代品。實際上,vector類確實使用new和delete來管理記憶體,不過這些工作是自動完成的。

  1. 要使用vector物件,必須包含標頭檔案vector。
  2. vector包含在名稱空間std中,因此可以使用using編譯指令、using宣告或std::vector。
  3. 模板使用不同的語法來指出它儲存的資料型別。
  4. vector類使用不同的語法來指定元素數。
#include<vector>
...
using namespace std;
vector<int> vi;           //生成一個長度為0的int陣列
int n;
cin >> n;
vector<double> vd(n);     //生成一個長度為n的double陣列

其中,vi是一個vector< int> 物件,vd是一個vector< double>物件。

由於vector物件在插入或新增值時自動調整長度,因此可以將vi的初始長度設定為0。但要調整長度,需要使用vector包中的各種方法。

一般而言,下面的宣告建立一個名為vt的vector物件,它可儲存n_elem個型別為typeName的元素:

vector<typeName> vt(n_elem);   //n_elem可以是整型常量,也可以是整型變數

2. 模板類array(C++11)

vector類的功能比陣列強大,但效率較低。如果需要的是固定長度的陣列,直接使用陣列是更好的選擇,但陣列不那麼方便和安全。

C++11新增了模板類array,它也位於名稱空間std中。

與陣列一樣,array物件的長度也是固定的,也是用棧(靜態記憶體分配),而不是自由儲存區,因此其效率與陣列相同,但更方便安全。

要建立array類,需要包含標頭檔案array。

array物件的建立語法與vector稍有不同:

#include<array>
...
using namespace std;
array<int, 5> ai;        //建立一個包含5個int的array物件
array<double, 4> ad = {1.2, 2.1, 3.43, 4.3};

一般地,下面的宣告建立一個名為arr的array物件,它包含n_elem個型別為typeName的元素:

array<typeName, n_elem> arr;   //與vector不同的是,n_elem不能是變數

在C++11中,還可將列表初始化用於vector和array物件。

3. 比較陣列、vector物件和array物件

程式4.24

#include<iostream>
#include<vector>
#include<array>
int main()
{
    using namespace std;
    //C,傳統C++:
    double a1[4] = { 1.2, 2.4, 3.6, 4.8 };

    //C++98 STL:
    vector<double> a2(4);           //建立一個含有4個元素的vector物件

    //在C98中沒有簡單的初始化方法:
    a2[0] = 1.0 / 3.0;
    a2[1] = 1.0 / 5.0;
    a2[2] = 1.0 / 7.0;
    a2[3] = 1.0 / 9.0;

    //C++11--建立和初始化array物件:
    array<double, 4> a3 = { 3.14, 2.72, 1.62, 1.41 };
    array<double, 4> a4;
    a4 = a3;                          //對相同長度的array物件進行賦值是有效的

    //使用陣列記法:
    cout << "a1[2]: " << a1[2] << " at " << &a1[2] << endl;
    cout << "a2[2]: " << a2[2] << " at " << &a2[2] << endl;
    cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
    cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;

    //錯誤行為:
    a1[-6] = 20.2;
    cout << "a1[-6]: " << a1[-6] << " at " << &a1[-6] << endl;
    cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
    cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;

    cin.get();
    return 0;
}

執行結果:
這裡寫圖片描述

程式說明

無論是陣列、vector物件還是array物件,都可使用標準陣列表示法來訪問各個元素。

從地址可知,array物件和陣列儲存在相同的記憶體區域(即棧)中,而vector物件儲存在另一個區域(自由儲存區或堆)中。

可以將一個array物件賦給另一個array物件;而對於陣列,必須逐元素複製資料。

a1[-6] = 20.2;

這行程式碼將被轉換為*(a1-2) = 20.2;
其含義為:找到a1指向的地方,向前移6個double元素,並將20.2儲存到目的地。也就是說,將資訊儲存到陣列的外面。

與C語言一樣,C++也不檢查這種越界錯誤。在這個示例中,這個位置位於array物件a3中。這表明陣列的行為是不安全的。

對於vector物件和array物件,仍可以編寫這種不安全的程式碼:

a2[-2] = .5;
a3[200] = 1.4;              //仍然允許

然而,還有其他選擇。可以使用成員函式at():

a2.at(1) = 2.3;     //將2.3賦給a2[1]

使用at()時,將在執行期間捕獲非法索引,而程式預設將中斷。這種額外檢查的代價是執行時間更長。