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C++中vector容器的注意事項總結_C 語言

作者：TABE_ ? 更新時間： 2022-03-20 編程語言

容量（capacity）和大小（size）的區別

vector 容器的容量（用 capacity 表示），指的是在不分配更多內存的情況下，容器可以保存的最多元素個數；而 vector 容器的大小（用 size 表示），指的是它實際所包含的元素個數。

對于一個 vector 對象來說，通過該模板類提供的 capacity() 成員函數，可以獲得當前容器的容量；通過 size() 成員函數，可以獲得容器當前的大小。例如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
    value.reserve(20);
    cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
    cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
    return 0;
}

程序輸出結果為：

value 容量是：20

value 大小是：15

結合該程序的輸出結果，下圖可以更好的說明 vector 容器容量和大小之間的關系：

顯然，vector 容器的大小不能超出它的容量，在大小等于容量的基礎上，只要增加一個元素，就必須分配更多的內存。注意，這里的“更多”并不是 1 個。換句話說，當 vector 容器的大小和容量相等時，如果再向其添加（或者插入）一個元素，vector 往往會申請多個存儲空間，而不僅僅只申請 1 個。

一旦 vector 容器的內存被重新分配，則和 vector 容器中元素相關的所有引用、指針以及迭代器，都可能會失效，最穩妥的方法就是重新生成。

容器擴容的本質

vector 容器擴容的過程需要經歷以下 3 步：

  1. 完全棄用現有的內存空間，重新申請更大的內存空間（一般是原空間的1.5倍）；
  2. 將舊內存空間中的數據，按原有順序移動到新的內存空間中；
  3. 最后將舊的內存空間釋放。

由此可見，vector 擴容是非常耗時的。為了降低再次分配內存空間時的成本，每次擴容時 vector 都會申請比用戶需求量更多的內存空間（這也就是 vector 容量的由來，即 capacity>=size），以便后期使用。

emplace_back()和push_back()的區別

vector中可以用來從容器末尾添加元素的函數有 2 個，分別是 push_back() 和 emplace_back() 函數。

push_back()函數的功能是在 vector 容器尾部添加一個元素，用法也非常簡單，比如：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{};
    values.push_back(1);
    values.push_back(2);
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        cout << values[i] << " ";
    }
    return 0;
}

運行程序，輸出結果為：

1 2

emplace_back()函數是 C++ 11 新增加的，其功能和 push_back() 相同，都是在 vector 容器的尾部添加一個元素。

emplace_back() 成員函數的用法也很簡單，這里直接舉個例子：

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
    vector<int> values{};
    values.emplace_back(1);
    values.emplace_back(2);
    for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
        cout << values[i] << " ";
    }
    return 0;
}

運行結果為：

1 2

emplace_back() 和 push_back() 的區別，就在于底層實現的機制不同。push_back() 向容器尾部添加元素時，首先會創建這個元素，然后再將這個元素拷貝或者移動到容器中（如果是拷貝的話，事后會自行銷毀先前創建的這個元素）；而 emplace_back() 在實現時，則是直接在容器尾部創建這個元素，省去了拷貝或移動元素的過程。（可以看作是零拷貝的實現）

為了讓大家清楚的了解它們之間的區別，我們創建一個包含類對象的 vector 容器，如下所示：

#include <vector> 
#include <iostream> 
using namespace std;
class testDemo
{
public:
    testDemo(int num):num(num){
        std::cout << "調用構造函數" << endl;
    }
    testDemo(const testDemo& other) :num(other.num) {
        std::cout << "調用拷貝構造函數" << endl;
    }
    testDemo(testDemo&& other) :num(other.num) {
        std::cout << "調用移動構造函數" << endl;
    }
private:
    int num;
};
int main()
{
    cout << "emplace_back:" << endl;
    std::vector<testDemo> demo1;
    demo1.emplace_back(2);  
    cout << "push_back:" << endl;
    std::vector<testDemo> demo2;
    demo2.push_back(2);
}

運行結果為：

emplace_back:

調用構造函數

push_back:

調用構造函數

調用移動構造函數

在此基礎上，讀者可嘗試將 testDemo 類中的移動構造函數注釋掉，再運行程序會發現，運行結果變為：

emplace_back:

調用構造函數

push_back:

調用構造函數

調用拷貝構造函數

由此可以看出，push_back() 在底層實現時，會優先選擇調用移動構造函數，如果沒有才會調用拷貝構造函數。

顯然完成同樣的操作，push_back() 的底層實現過程比 emplace_back() 更繁瑣，換句話說，emplace_back() 的執行效率比 push_back() 高。因此，在實際使用時，建議大家優先選用 emplace_back()。

emplace()和insert()的區別

insert() 函數的功能是在 vector 容器的指定位置插入一個或多個元素。

下面的例子，演示了如何使用 insert() 函數向 vector 容器中插入元素。

#include <iostream> 
#include <vector> 
#include <array> 
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> demo{1,2};
    //第一種格式用法
    demo.insert(demo.begin() + 1, 3);//{1,3,2}
    //第二種格式用法
    demo.insert(demo.end(), 2, 5);//{1,3,2,5,5}
    //第三種格式用法
    std::array<int,3>test{ 7,8,9 };
    demo.insert(demo.end(), test.begin(), test.end());//{1,3,2,5,5,7,8,9}
    //第四種格式用法
    demo.insert(demo.end(), { 10,11 });//{1,3,2,5,5,7,8,9,10,11}
    for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
        cout << demo[i] << " ";
    }
    return 0;
}

運行結果為：

1 3 2 5 5 7 8 9 10 11

emplace()是 C++ 11 標準新增加的成員函數，用于在 vector 容器指定位置之前插入一個新的元素。emplace() 每次只能插入一個元素，而不是多個。

該函數的語法格式如下：

iterator emplace (const_iterator pos, args...);

其中，pos 為指定插入位置的迭代器；args… 表示與新插入元素的構造函數相對應的多個參數；該函數會返回表示新插入元素位置的迭代器。

舉個例子：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
    std::vector<int> demo1{1,2};
    //emplace() 每次只能插入一個 int 類型元素
    demo1.emplace(demo1.begin(), 3);
    for (int i = 0; i < demo1.size(); i++) {
        cout << demo1[i] << " ";
    }
    return 0;
}

運行結果為：

3 1 2

既然 emplace() 和 insert() 都能完成向 vector 容器中插入新元素，那么誰的運行效率更高呢？答案是 emplace()。在說明原因之前，通過下面這段程序，就可以直觀看出兩者運行效率的差異：

#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
class testDemo
{
public:
    testDemo(int num) :num(num) {
        std::cout << "調用構造函數" << endl;
    }
    testDemo(const testDemo& other) :num(other.num) {
        std::cout << "調用拷貝構造函數" << endl;
    }
    testDemo(testDemo&& other) :num(other.num) {
        std::cout << "調用移動構造函數" << endl;
    }
    testDemo& operator=(const testDemo& other);
private:
    int num;
};
testDemo& testDemo::operator=(const testDemo& other) {
    this->num = other.num;
    return *this;
}
int main()
{
    cout << "insert:" << endl;
    std::vector<testDemo> demo2{};
    demo2.insert(demo2.begin(), testDemo(1));
    cout << "emplace:" << endl;
    std::vector<testDemo> demo1{};
    demo1.emplace(demo1.begin(), 1);
    return 0;
}

運行結果為：

insert:

調用構造函數

調用移動構造函數

emplace:

調用構造函數

注意，當拷貝構造函數和移動構造函數同時存在時，insert() 會優先調用移動構造函數。

可以看到，通過 insert() 函數向 vector 容器中插入 testDemo 類對象，需要調用類的構造函數和移動構造函數（或拷貝構造函數）；而通過 emplace() 函數實現同樣的功能，只需要調用構造函數即可。

簡單的理解，就是 emplace() 在插入元素時，是在容器的指定位置直接構造元素，而不是先單獨生成，再將其復制（或移動）到容器中。因此，在實際使用中，推薦大家優先使用 emplace()。

附：如果vector是空的，并且沒有分配空間，切忌用下標進行訪問，會出錯！！！

int main()
{
	vector<int>v;
	v[0]=1;
	return 0;
}

成功編譯，但是運行的時候報錯Process finished with exit code 139 (interrupted by signal 11: SIGSEGV)。因此，當vector為空的時候，一定要用push_back（）添加值。

但是，如果在定義動態數組v之后，經過了resize 或reserve之后，就可以通過下標訪問

	vector<int>v;
//    v.resize(5);  //也可以
    v.reserve(5);
    v[0]=1;

resize的時候會給vector里面填充0，而reserve不會

vector<int> v1;
    v1.reserve(5);
    for(int i=0;i<v1.size();i++)
    {
        cout<<v1[i]<<" ";
    }
    cout<<endl;
    vector<int> v2;
    v2.resize(5);
    for(int i=0;i<v2.size();i++)
    {
        cout<<v2[i]<<" ";
    }

運行結果：

總結

原文鏈接：https://blog.csdn.net/TABE_/article/details/122202695

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