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C++ vector容器的用法（非常详细）

在 STL 尚未诞生的年代，如果想在程序中保存和管理大量同类型的数据，只能采用数组这种方式。

例如，要保存公司中所有的员工对象，需要如下定义一个数组： 
// 定义数组的容量
const int MAX_COUNT = 100000;
// 定义保存 Employee 对象的数组
Employee arrEmp[MAX_COUNT];
这种方式虽然可以解决问题，但显得非常“粗鲁”：
同时，对数组元素的访问也“简单粗暴”：
随着 STL 的出现，其中的 vector 容器提供了更为优雅的解决方案，它无论是在内存管理上还是在对数据元素的访问上，都要优于数组：
因此，vector 容器成为了数组的最佳替代者，是我们最为常用的 STL 容器。Vector 容器的使用方法具有一定的典型性，学会了使用 vector 容器，依葫芦画瓢，基本上也就学会了使用 STL 中其他容器的使用方法。

创建并初始化vector对象

本质上，vector 容器是一个类模板 vector<T>，因此要想使用 vector 容器，首先需要根据所要保存的数据类型实例化，得到一个特定类型的模板类，然后创建相应的 vector 容器对象，最后利用它提供的功能函数对容器进行添加、删除、插入等常见操作，完成对数据的管理。

例如，如果程序中需要管理大量的 Employee 对象，就需要一个 vector 容器来对它们进行管理：
#include <vector>  // 包含 vector 类模板所在的头文件
using namespace std;  // 使用 vector 所在的命名空间 std

// ...
// 因为要保存 Employee 对象，所以先使用 Employee 类型实例化 vector 类模板
// 然后创建实例对象 vecEmp
vector<Employee> vecEmp;
这样，我们就得到了一个空的 vector 容器，可以保存 Employee 类型的数据。

除空容器之外，如果想得到一个已保存默认数据的 vector 容器，则可以在创建容器对象时，利用它的构造函数指定默认数据及默认数据的个数。当容器对象创建完成后，这些默认数据也就保存在容器中了。例如： 
Employee emp;  // 默认数据
// 创建 4 个 emp 对象的副本并保存到容器中
vector<Employee> vecEmp(4, emp);
// 使用 Employee 类的默认构造函数创建 4 个对象并保存到容器中
vector<Employee> vecDefEmp(4);
在创建一个 vector 容器时，除可以指定其中元素的个数以及默认的元素外，vector 容器还提供了一个接受初始化列表（initializer list）为参数的初始化列表构造函数，这意味着，我们可以利用初始化列表在创建容器对象同，将任意多个相应类型的数据添加到容器中，以此来完成 vector 容器的初始化工作。例如： 
// 创建一个保存学生成绩的vector容器
// 在创建的同时利用初始化列表添加初始数据
vector<int> vecScores({ 85, 92, 63, 91});
虽然 vector 容器的内存是随着元素个数的增加而动态增加的，但如果已预先知道vector容器可能的最大容量，则可以使用reserve()函数预先申请足够的内存，为vector容器预留足够多存储元素的位置，避免在元素添加过程中要动态申请内存。例如： 
// 大约有1000名员工，所以为vector容器预留1000个元素位置
vecEmp.reserve( 1000 );

vector容器的“备胎”：array容器

作为数组的最佳替代者，vector 容器有着众多优势。然而，在某些特殊情况下，这些优势却反而变成了劣势。

例如，当需要保存一组固定数量、相同类型的数据时，例如一年 12 个月的平均气温、一周 7 天的 PM 2.5 数值等。如果使用 vector 容器来存放这些固定数量的数据，vector 容器的动态内存分配可能会申请比实际所需更多的空间，从而浪费宝贵的内存资源。此外，vector 容器提供了 push_back() 函数，可以动态地向容器中添加数据，如果无意中调用了 push_back() 函数，可能会破坏这组数据的固定数量。

为了既能利用容器的各种优势，又能避免 vector 容器在保存这类固定数量的数据时的各种劣势，STL 提供了 array 容器，它可以作为 vector 容器的“备胎”。

array 是一个支持随机访问且大小固定的容器。与 vector 容器为元素预留空间不同，array 容器并不预留多余空间，只为元素分配必要的空间，因此它克服了 vector 容器在保存固定数量的数据时浪费内存资源的劣势。

与普通数组不同的是，array 容器保存了自己的 size 信息，并提供了必要的操作函数，可以方便、安全地对数据进行操作，这弥补了普通数组的劣势。

正是这些特点，使得 array 容器特别适合在嵌入式系统和有类似限制（性能敏感、安全关键、内存紧张）的系统中使用。

与 vector 容器相似，array 容器同样是一个类模板，只不过它需要两个特化参数，第一个参数表示这个容器可以保存的数据类型，第二个参数表示这个容器可以保存的数据个数。

例如： 
// 包含定义array 容器的头文件
#include <array>
using namespace std;
// 定义一个只能保存12 个double类型数据元素的array容器
array<double, 12> arrMonths;
// 像使用普通数组一样，使用下标对容器中对应位置的数据元素进行赋值，将数据保存到容器中
arrMonths[0] = 15.4;
arrMonths[1] = 17.6;
// ...
arrMonths[11] =19.2;

同样，我们也可以使用迭代器访问 array 容器中的数据：
// 输出 array 容器中的所有数据
for(auto it = arrMonths.begin();
    it != arrMonths.end(); ++it )
{
    // 使用迭代器访问 array 容器中的数据
    cout << *it << endl;
}
概括来说，array 容器除无法动态地改变它的大小外，在操作上，array 容器与 vector 容器并无太大差别。因此，如果需要保存一组固定数量且相同类型的数据，array 容器是比 vector 容器更好的选择。

vector容器的常用操作

对于数组，我们通常通过指针或它的下标来访问它的元素。这种操作方式虽然简便，但很容易导致数组访问越界的错误。作为数组的最佳替代者，vector 容器当然不会采用这么“粗鲁”的方式来操作容器中的元素。取而代之的是，它提供了多种操作函数，使用这些函数可以灵活而安全地对 vector 容器进行各种操作。

vector 容器提供的常用操作函数如下表所示：

表：vector 容器的常用操作函数（以操作 vector 容器 v 为例）
函数 说明
v.empty() 判断容器 v 是否为空。如果 v 为空，则返回 true，否则返回 false
v.size() 返回容器 v 中已保存元素的个数
v.push_back(val) 在容器 v 的末尾增加一个值为 val 的元素
v.pop_back() 返回容器 v 的最后一个元素
v.insert(pos,val) 在容器 v 的 pos 位置插入一个值为 val 的元素
v.erase(pos) 删除容器 v 中 pos 位置的元素
v.clear() 删除容器 v 中的所有元素
v.at(pos) 返回容器 v 中 pos 位置的元素
v1 = v2 将 v2 赋值给 v1，也就是把容器 v2 中的元素全部复制到容器 v1 中
v1 == v2 判断容器 v1 和容器 v2 是否相等，也就是两个容器中的元素是否相等，如果 v1 与 v2 相等，则返回 true

在上表所述的这些操作函数中，常用的是 push_back() 函数，我们通常使用它将数据保存到 vector 容器中。当使用 push_back() 函数向 vector 容器中添加数据时，它会接受一个与 vector 容器模板参数数据类型相同的数据，然后将其复制为一个新元素并添加到 vector 容器的末尾，也就是将数据“推送（push）”到 vector 容器的“末尾（back）”。

例如： 
// 创建一个空的可以保存整型数的 vector 容器
vector<int> vecSalary;
int nSalary;  // 接受用户输入
// 循环读取用户输入
while(cin >> nSalary)
{
    // 调用 push_back() 函数将用户输入的数据保存到 vector 容器的对象 vecSalary 中
    vecSalary.push_back(nSalary);
}
// 在容器的开始位置插入一个数据
auto it = vecSalary.begin();  // 获得指向开始位置的迭代器
vecSalary.insert(it,2200);  // 在容器的开始位置插入数据
// 输出当前容器中的元素个数
cout << "当前容器中的元素个数是: " << vecSalary.size() << endl;
在这段代码中，因为需要保存用户输入的 int 类型的工资数据，所以首先以 int 作为 vector 类模板的类型参数，定义了一个空的能够保存 int 类型数据的 vector 容器 vecSalary。然后通过循环语句，从标准输入读取用户输入的数据，并添加到 vecSalary 容器的末尾位置。当循环结束时，vecSalary 容器就包含了所有输入的数据。

访问vector容器中的数据

如果我们已经使用 push_back() 函数将数据保存到容器中，接下来当然希望能够访问容器中的数据，对其进行相应的处理。

本质上，vector 容器就是一个数组，访问数组中元素的方式与访问 vector 容器中数据的方式相似，我们同样可以使用“[]”符号，以元素在容器中的位置作为下标来访问 vector 容器中的数据。

例如： 
// 将vecSalary容器中的第一个数据元素赋值为3000
vecSalary[0] = 3000;

但是，为了保证访问元素的安全性，vector 容器更多的是使用迭代器或者 at() 函数来访问容器中的数据元素。例如： 
// 定义索引值变量，用于访问容器中的数据
vector<int>::size_type nIndex = 0;
// 循环遍历 vector 容器
for( auto it = vecSalary.begin();
    it != vecSalary.end(); ++it, ++nIndex )
{
    // 通过迭代器读取容器中的数据
    cout << "当前工资是: " << *it << endl;
    // 通过 at() 函数修改容器中元素的值
    vecSalary.at(nIndex) += 1000;  // 涨工资了，每个人加1000元
    cout << "涨工资之后是: " << *it << endl;
}
这里，我们分别通过迭代器和 at() 函数对 vector 容器中的数据进行了读写操作。虽然两者在效果上是相同的，但在条件允许的情况下，为了保持代码的一致性，应优先通过迭代器对容器中的元素进行访问。

从这里也可以看出，vector 容器的使用非常简单，比数组更加便利和安全。当我们在程序中需要保存相同类型的数据序列时，vector 容器是“最佳选择”。

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