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使用::std::vector<>作为管理动态数组的优先选择

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发表于 2008-2-26 13:29:18 | 显示全部楼层 |阅读模式
作者:wangtianxing; G; O1 [6 L  Y7 }+ z
/ ?+ ^0 ~& ]4 e. b8 D$ G$ i+ B' h
原文出处:http://www.cpphelp.net/issue/vector.html: B2 |& ?3 s; a) K( @

- s$ f- w  h7 h3 l
) ]5 G: g& Q6 L- c0 o( N- P+ F+ B7 ]/ q6 P8 Z% _/ Z6 B' q
摘要: 本文介绍了C++标准库中的容器类vector,分析了它的优点,并且建议在应用程序中使用它作为动态数组的优先选择,而不是MFC的CArray<>等其他类模板。最后介绍了vector的接口和使用时的注意事项。
) K3 J( k7 |& C) w0 X$ z$ H  |
8 |: `! d+ \9 H' ]在一些使用 MFC 的程序中,经常看到许多程序使用 CArray<>,由于 CArray<>的设计问题,造成使用它的代码的复杂化,增加了维护难度。因此建议使用 ::std::vector<> 代替 CArray<>。5 g( H' @3 b8 [3 o( R

/ c# k) p  a# l! z另外,也看到一些程序在用 malloc/realloc/free/new[]/delete[] 等手工管理内存。在应用程序中,手工管理内存是容易导致错误的,应该用 ::std::vector<> 之类的对象来管理动态数组。
; m8 E  @  \2 P0 y/ b! |
" Z/ e, c. \. a: e$ E$ v" L# d由于 MSDN 中关于 ::std::vector 的内容较少,我们在这里做一些介绍,供参考。/ U- N+ d7 l, }( y. ~
/ R1 M9 s' l) T4 s% U$ c  `( |
不熟悉 CArray<>/WIN32 也没关系,这里提到它们的地方并不太多。6 Z; \+ o! x7 r, h: k- |

) v( L3 X: z) W$ N- u( b0 n1. CArray<> VS ::std::vector<> ?3 ?$ N) h$ I% B" }
CArray<> 和 ::std::vector<> 一样,都是模板类,用于管理任意类型的对象的动态数组。都在解构时释放所管理的动态内存。因此都可以用于代替手工动态数组管理。0 }  [+ X7 n+ j/ S+ D( X( F6 D# M: O
6 z: R' P( A; i
但是,CArray<> 是在 C++ 标准化之前很多年(VC++2.0时代)设计的,当时对 C++程序设计,面向对象程序设计,模板程序设计等技术认识严重不足,尤其是当时对面向对象技术的错误信仰与宣传,造成 CArray<> 的设计有重大错误。
6 I; P" K9 w+ o& H- Z7 N; `3 g1 D- a# Q+ Q+ u; ~3 ^
在 C++ 语言标准化以后(1998),以及 VC++ 6.0 出世以后,提供了标准的::std::vector<> 模板,基本上在任何方面都要优于 CArray<>。Microsoft 由于要支持老的程序,因此一直保留了 CArray<>,但显然并没有打算按照新的思想去发展它(至少应该提供operator=(CArray const&)吧)。1 J' f9 f8 o4 c6 J6 U% w8 ?
) r) D6 r5 L. Z4 m5 D# Z6 R
概括起来,CArray<> 与 ::std::vector<> 有以下不同:
, i9 V8 N+ _" _- M* a) m4 d9 X3 p( a  v( D0 k( {
1) CArray<> 是 MFC 中的,::std::vector<> 存在于任何标准的 C++ 实现中。因此,你用熟了 CArray<> 也只能在 MFC 中用,若用熟了 ::std::vector<>,你可以在任何平台的任何 C++ 编译器下使用。使用标准的部件也有利于别人理解你的程序。 . CArray<> 继承了 CObject,仅仅为了实现 serialization,这是不恰当的, 违反了 "You don't pay for what you don't use." 的 C++ 设计原则。::std::vector<> 没有继承任何东西,只是实现了管理一个动态数组该做的事。8 U+ k+ s" M9 W6 }

! ]* D: R9 k: {& L; q1 B  F2) CArray<> 不是一个恰当的值类型,例如下列操作都是不合法的:
  w. v7 ]  Q8 Q- {4 B: L) R& X7 ]/ ^  s" m" h  |$ X5 S
CArray<int,int> a;
# O2 X1 p5 _8 t* ZCArray<int,int> b(a);  // error, must use Copy().6 S5 E2 E; z0 }9 n! q1 r: [
b = a;        // error, must use Copy().
  [  b4 H) e: Mb == a;       // error, you must write your own./ s% ^% Z* ^! L" `! J  o" [
b < a;        // error, you must write your own.+ ]6 G- \0 y. S) Y0 d! R- s1 }
与 CArray<> 相反,::std::vector<> 是一个认真设计的值类型,天生是可以拷贝构造和可赋值的。如果 T 是可比较的,那么 ::std::vector<T> 将自动地是可以比较的。
/ z9 w. C; Z0 r2 J0 V% ]; N
( N4 v! M9 B3 z( S* H) B此外,由于涉及到四个特殊成员函数;
% S7 z$ c  R+ H4 u7 @/ K7 F5 B  }0 Q. H2 M; z
T(); // 缺省构造函数(default constructor)
  B2 Q3 j* Y- y) @3 E~T(); // 解构函数(destructor)
7 U% q' M$ s2 BT( T const& ); // 拷贝构造函数
  o! _  ]( q6 J5 IT& operator=( T const& ); // 拷贝赋值函数6 r% o2 n% |4 k5 z  p, _
的自动生成,如果使用 CArray() 作为 T 的成员变量,那么上述的四个特殊函数中的后两个将无法自动生成,需要手工写:
, Q1 J' o2 @% e, |4 j: D6 n" }% z$ P' w" @
struct T
5 p7 _* N. ~: R4 @. i( {3 v. J{
1 L6 ]7 f5 o4 Y: K2 d" T   T() {}
# ?7 d7 j$ W3 p. m) J   T( T const& t )
8 `/ g+ ^! `1 j" p2 n! Y& F" f   {
  Y$ s4 u6 o: P9 w1 L       a_.Copy( t.a_ );+ G! y. n1 `; j
       i_ = t.i_;# a9 e) z9 e; y0 G7 j% |
       d_ = t.d_;
! @7 u' R. N/ a' Q3 N  m! i/ @+ |       s_ = t.s_;8 f" G, l" K: |! K! G' j( \
   }: d7 ^$ w1 p/ V: x
   T& operator = ( T const& t )8 g8 `' q! z$ Z/ k- V( n
   {
. ]+ J( H8 N. P  B$ j       if( this != &t )& y  g0 |6 E4 o+ t/ M; Y
       {( J6 e$ e- ?& V' I- P, D1 N
           a_.Copy( t.a_ );; Z1 N* u7 t1 [/ _
           i_ = t.i_;2 B& l& P$ B  J7 {2 R/ x& p
           d_ = t.d_;
( |4 T! p9 c3 H) E0 g) z6 f           s_ = t.s_;) v# i& x8 ^0 J9 F" _9 h" w
       }3 Q! h9 U$ a# u( |, Q( w
       return *this;& I8 Y) c9 l+ A3 P
   }
2 k/ a$ {8 P; _, rprivate:
: O6 ]1 e0 p3 j* w1 [   CArray<int,int> a_;
% D; j! d4 G5 z4 G. `6 U   int i_;* z/ Q3 H( r! G* O
   double d_;
) ~- }) H& j9 v' w" q   ::std::string s_;2 T- s2 C3 @$ A( \: ~+ {& C+ u
};
  b% P& G; n. G- l. L* I如果使用 ::std::vector<>:
' ^4 u& q- M6 F
& C+ [2 U5 w7 ystruct T
& ^# `5 L( e4 t$ w" R{4 e# M+ O! L1 J' `6 |! P
private:
) c3 c5 X8 E! w1 d+ X   ::std::vector<int> a_;
5 ~+ v- T& G7 h   int i_;. K3 F& u8 n" s
   double d_;
! c+ r8 G% l6 T; W# u/ [3 `- D" Z   ::std::string s_;
# G# M( z' P! e6 o) x" ~0 o};
& `8 s% T/ d+ S5 [, M' A上面列出的三个特殊成员函数都不需要写。好处是明显的:当你增减 T 的成员变量时,你不必到% X7 q0 d" z  G6 v9 J* |  J
T(T const&) 和 operator=() 中去相应地增减。
7 B  m! s5 D# P# }9 [0 M  C3 ^( s* m
3) 没有现成的算法可以对 CArray<> 进行操作,而标准 C++ 里的标准算法大多都可以直接在  _8 w2 D2 v( ?. N" }3 C
::std::vector<> 上运行。例如:
! u8 k8 w" V- Z0 w/ o0 ?0 p3 y0 {% Z. x1 J
static int const init_vals[] = { 3, 1, 4, 1, 6, 9 };
( h1 {+ R5 R6 e. p* S' ?: Xvector<int> a( init_vals, init_vals + 6 );
, S! H8 v3 [  @6 |: O, K*find( a.begin(), a.end(), 6 ) = 5;    // 把6改成5) Q+ L, N2 p: ^7 w
sort( a.begin(), a.end() );    // 排序。
+ x/ n: P+ C5 \; I1 h6 d+ x可以说,CArray<> 的主要设计错误是把一个本来应该是一个简单的“值”类型的东西设计成一个难用的“对象”类型了。所有的“值”的好特性都丧失了,但那些从CArray<>继承的派生类呢?! K) z9 X! ~5 C; @! w
5 g/ M1 r# V% K% }  ^
CByteArray等的问题与 CArray<> 的问题一样,甚至更多(例如,CPtrArray,永远不要用)。
$ U4 |1 [, P5 W* d# j8 g( H; u8 w- I. ]. x
同样,其他的 MFC container 模板,象 CMap<>, CList<> 等,都有类似问题,都应该用
) P  E/ ~. W  I% ^0 {$ M$ S( v::std::map<>,::std::list<> 等设计更好的东西代替。
  b' f4 O( j7 F/ d3 ?5 v; n. Z5 a3 w1 T. g; P4 I2 U
2. ::std::vector<> 在哪里?( E3 f7 G: t" t2 W! c9 i7 [
::std::vector<> 在头文件 <vector> 中定义:+ N* [+ g6 A; n& @/ c' i3 c
/ Q5 y/ z: e2 N3 M: g/ e: C  W" ]1 a
(注意,标准的 C++ 头文件都没有 .h 后缀,有 .h 的文件是与 C 兼容的,或支持老的不标准的东西,象 <iostream.h>。)2 m+ B# Q, p1 |! D* }2 ~
) h% b' E9 T1 o. g# V
namespace std
, P  p: B8 L' @. J; e; i3 A{) i1 M7 v* t, E! i+ X
    template<typename T, typename A = allocator<T> >
1 C! j0 b8 _+ ^    struct vector
' d' q( \* t" L& l# L$ ^8 W    {
! A: N, c' X# t9 d0 \$ P/ x. Y        // 具体内容稍后讨论
( w9 C8 M# u: v$ u    };7 C9 b: N% H1 O$ \0 e4 L
" L) w# x" j4 z8 j! q" ^
& E7 L2 o4 M+ J7 s
    template<typename T, typename A>  `4 X+ q/ z8 z
        bool operator == ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );- Z* |% N  ~9 }
    template<typename T, typename A>
7 P9 C7 G, R1 w1 o/ ~5 L        bool operator != ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
+ K8 i3 M4 m" s4 y    template<typename T, typename A>
# e! l2 c& F  p8 Z# r3 D* U) v        bool operator < ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
0 z: I! R% z3 p; K7 o5 P    template<typename T, typename A>
' i( }7 v' R5 A  ^        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );; |- o4 u2 {1 z  c" \9 `
    template<typename T, typename A>% v# e" D2 r/ m2 S  H
        bool operator > ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );# g; U' j. }. g
    template<typename T, typename A>
. |! H# d% v8 x$ |, e        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
- z5 J3 o& a0 z' ?}, R4 [4 c. A1 l" w( A, I  Q
vector<> 定义在 namespace std 中,使用时为了减少击键次数,通常使用一个类型定义缩短类型名称:" B% [1 i6 J5 _0 s
' G) x6 @' F8 {* U
#include <vector>$ J! W7 H& i$ y) g) s/ |7 n, N
typedef ::std::vector<int> IntVector;
* U. c0 P1 b% E. b  U6 ?; vIntVector a;
5 S0 X1 X# q* P/ W9 ZIntVector b( a );
7 C. w+ z8 C' o2 BIntVector c;
; Z2 `) [. v9 z% A) L1 kc = b;- b7 J- }# @+ V* I, V; H
assert( a == c );
! Q$ K+ m4 F8 f* E" J4 P请注意 <vector> 中定义了六个 vector<T,A> 的比较函数。这些函数只在真的用到时才会被实例化,才会要求 T 也提供 operator==() 和 operator<()。$ q* n* p! ]* M% G+ E
3 S8 \3 m& E7 D2 P4 f7 s+ N
另外,A = alloctor<T>:用于提供一个用户定义的存储管理类。由于这个参数很少用到,而且在 VC++6 的实现中有问题,不能用,因此以下的讨论忽略这一部分的内容。
0 Q: I( S) T' Y: I  P4 [  M% W) z/ A! J% m
3. ::std::vector<> 中的类型定义& ]3 M6 q: T! Y4 G. t& [
vector<> 中定义了一些类型,下面只列出常用的:
7 _% L9 D+ W6 U3 X
% C+ ^% S3 g! o9 o7 a  ytypedef T value_type;
7 h8 p! ~8 _; k' d+ _  {, Ytypedef T0 iterator;
; C/ L0 n8 u- j3 |' j. ?/ p- c! Wtypedef T1 const_iterator;
( G6 Z/ Q3 l3 U, ~4 Ytypedef T2 reverse_iterator;% ^, ^( i  M* }$ t* v
typedef T3 const_reverse_iterator;
+ p9 h' @/ v7 N% J5 l
3 r) h2 W6 o$ I4 X3 h/ \9 Y6 ~value_type 就是 vector<T> 的元素类型,也就是 T。当写通用的算法处理任意类型的 vector<> 或其他容器类型时是很有用的。: u$ V3 Z; P6 ~, f$ M7 m
! C: o* I8 {0 i+ W: {, ?& S8 P
iterator/const_iterator 是两个 vector<> 的实现定义的未知类型,用于访问vector<> 中的元素,类似于 T*/T const* 指针,他们的区别是一个指向的元素可被修改,另一个只可以读:8 m% R/ B& i4 J7 X& H: k' B

# [3 b! `$ L) N  i; {5 vtypedef ::std::vector<int> IntVector;2 L$ r5 V  V& F6 U* \
IntVector::iterator iter;
2 W' M6 d8 n. E. ?3 L) [IntVector::const_iterator c_iter;
' u" A8 k- A, e6 w// ...4 `, G5 Z  L+ u' \0 S
++iter; iter++; // ok: increment, post-increment./ E; Y" L# h3 A# |( C/ S
--iter; iter--; // ok: decrement, post-decrement.
$ `5 `. q- e$ Q% u++c_iter; c_iter++; // ok: increment, post-increment.
1 y8 v5 F$ M! C# \& ?5 |; f* S--c_iter; c_iter--; // ok: decrement, post-decrement.0 L, d, @; d) `2 M: W) G
*iter = 123; // ok.+ G' E& {$ C% C4 C$ R9 G
int k = *iter; // ok.
- z3 f% U1 j2 n2 fk = *--c_iter; // ok.) N. H! M+ T& N9 G: J5 R
*c_iter = k; // error.' f+ p. O, k& n  W, t, _7 i
c_iter = iter; // ok: iterator is convertible to const_iterator.+ v$ h3 d9 \, q! o
iter = c_iter; // error: can't convert const_iterator to iterator.
: _" A$ y* H4 [在使用上 iterator/const_iterator 和 T*/T const* 基本相同,事实上有些vector<> 的实现里就是用 T*/T const* 实现 iterator/const_iterator 的,但又不可以把 iterator/const_iterator 当作真正的 T*/T const*:
' n- @* c2 s' s6 J8 ~4 O0 W/ i$ ^5 i/ V9 i
T* p = iter; // may fail to compile.+ y7 H$ ]+ ]  I; {" Q( l. X6 z
T const* q = c_iter; // may fail to compile.' `1 {" D5 R4 ]  S( y5 f
reverse_iterator/const_reverse_iterator 与 iterator/const_iterator 类似,但以相反的次序(从尾至头)访问 vector 中的元素。; |0 T5 n3 W/ R

2 J# G5 g3 c4 p+ C7 ^各种各样的 iterator 在 STL 中有特别重要的意义,但这里我们不做具体介绍。只要理解通过 iterator 可以访问 vector 中的元素,大概相当于一个指示位置的指针就行了。
& Q0 o1 _$ ^" c! L, ~$ B' _4 |. o3 j# A/ \/ B. T7 G2 b8 u& C
4. ::std::vector<> 的构造
0 R4 Y- V. K- Evector<> 提供了以下构造函数:(忽略 allocator 参数)
2 y* @/ k6 m# P" v4 A% T# {: \4 `$ C4 S4 `
vector();! F; z. E4 p* V: B8 [. R
vector( size_t n, T const t=T() );) }. d7 e. d. E& m+ X- a- f
vector( vector const & );
2 `8 I" Z/ Z% k2 a% Jvector( const_iterator first, const_iterator last );
! V) M  g: s! k# B. P6 w# O1) vector();; E+ A+ {$ w5 j, N2 c) w6 h

, D( V9 ^# _, t0 ]8 o构造一个空的 vector,不包含任何元素。$ \( S8 G1 _! D( R8 E
  G+ g8 U/ V& W
IntVector v1; // 空的整数向量。
% r/ W! B9 i' x) ]1 S) @1 e3 ?2) vector( size_t n, T const t=T() );
. I( O3 P% x" l  g( `$ b0 J4 e7 s8 l5 D: z  L8 P
构造一个 n 个相同元素 t 组成的 vector。如果不给出 t,那么将用 T() 做缺省值:+ L) h3 s7 h5 L* M: G1 ^3 |

( f) ?5 k. L* d  w+ j/ DIntVector v2( 100, 1234 ); // 100 个 1234.
" k  C8 k2 F1 V6 a5 RIntVector v3( 100 ); // 100 个 0。
, m/ l( F- f% d1 N$ U& Z3) vector( vector const& other );
: p( F$ z9 v! u6 `- o; _
3 g7 s4 ?. }7 |9 R0 e' N复制构造函数,复制 other 中的内容:3 M/ a  K! ]8 v2 J

2 v% {" x7 y* @1 C1 W" |$ Q) j6 VIntVector v4( v2 ); // 100 个 1234。, w* C8 D4 p: I3 f- N5 U) K
4) vector( const_iterator first, const_iterator last );
: l8 ?$ O! P! p: D3 C( l
4 Q# m/ w- H* z: K& K事实上,这个构造函数应该为
2 i2 c6 n9 w& a9 \% [0 r  n% F! Q- |5 H
template<typename Iter>3 C4 y4 f- ~/ R0 e0 d
    vector( Iter first, Iter last );0 k! i4 ]  L+ S0 ^
即拷贝任意的序列 [first,last) 到 vector 中。由于 VC++6sp0 编译程序的限制, Iter 被换为 const_iterator 了。不过,碰巧 const_iterator就是 T const*,所以可以如下使用:
  k0 `& |4 E8 [' T# P5 Z  Y" _+ M9 C4 ~3 g% U: K% S" P/ s/ l
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };' g: f: [' Z1 w& |) Z
IntVector v5( a, a + 5 ); // {1,2,3,4,5}
. O& c5 g4 o) uIntVector v6( v5.begin() + 2, v5.end() ); // {3,4,5}# X. a; Q# Z7 w  h# f) E
5. 访问 vector<> 中的元素  _+ r& d! m! @. o: D3 k% Y! w
以下成员函数/运算符用于访问 vector 中的一个元素:
3 G' J9 j$ h/ Q* s3 |
% I. o6 s+ Z+ l( Z4 l$ jT& at( size_t n );% {% G9 Q' j$ u; \  C  C
T const& at( size_t n ) const;
" P. }/ f% X- J. XT& operator [] ( size_t n );" a0 G7 s( W0 m+ [& q. a
T const& operator [] ( size_t n ) const;
6 R+ p# _8 W) i$ R, G  RT& front();8 }3 ~- e$ L9 H4 M& Z
T const& front() const;3 _/ g" B7 u- O) L; p  B
T& back();
. T* ?; T( h" Q9 p. WT const& back() const;
: V4 z* n- i. a# T3 b) J请注意,由于 vector 是一个“值”语义的对象,所有的操作函数都必须严格保证 const 的正确性。所以,所有的元素访问方法都有 const 和非 const两个版本。5 `" t7 }( l+ d- F5 m; D# U

1 Z7 _8 k8 g1 r, Lat(n) 和 operator [] (n) 都返回下标为 n 的元素的引用,他们的区别是,at() 进行下标越界检查,若发现越界,抛出 range_error 异常,operator[]不进行下标检查。
3 {+ A; R& [- `8 e! p2 }  w% N2 o# h* S' j3 Z# g8 [
front() 返回下标为 0 的元素的引用,back() 返回最后一个元素的引用。
1 t, j) f7 B8 j3 n* D$ A1 d7 n/ S9 B
int a[] = { 4, 1, 4, 1, 5, 8 };
) j: D; l  O7 }' c  s8 D2 }IntVector v( a, a + 6 );- s% `# M0 L. l6 G8 @- q' Z. }4 Q
// 使用 front(), back():3 j# L9 Z8 }0 b0 e
v.front() = 3;/ B" Z$ n7 w- x: W! i( x5 p
v.back() = 9;
2 ^. P( [: Y/ f3 r& L7 |3 S// 使用 operator [] ():
' ~% {5 S6 ^) c4 ^- V5 A' `, lfor( size_t i = 0; i < v.size(); ++i )
# c3 {; s! d$ D' Z::std::cout << v[i] << '\n';
6 |/ d4 ?( m& p( z6. ::std::vector<> 的存储管理- I7 S% @+ K: q" v  e
以下成员函数用于存储管理:1 I6 c) K- b# T& C& h5 L

; Y" r, }) M6 ]+ ?, E" O& Kvoid reserve( size_t n );  ]) M, A$ |( g" d
size_t capacity() const;
% z% O5 q* C0 f+ b* L  X, J) }void resize( size_t n, T t=T() );$ U8 g/ k6 C  H- t
void clear();
! t7 f2 o' _! [9 g. V4 r; Bsize_t size() const;% g0 G- \& {. b; ]0 n+ |+ x8 ^
bool empty() const { return size() == 0; }8 e: d7 {% e8 a& v$ F( D4 Q
size_t max_size() const;
- P. j7 o$ G4 o
( z. ]( p7 B9 ~4 g& X1 d另外,push_back(), insert() 等也涉及到存储管理,后面另行介绍。
$ h) l/ ~6 F. _; P1 a: _" y/ ?8 V* [8 H) s
1) max_size()  Q  d( Q$ k3 J. h

" @4 Z: k0 F: }3 `3 c* s返回 vector<T> 理论上可以装的最多 T 的个数。这只是一个理论上的数字, 大概是 4GB/sizeof(T),没有多大实用价值。在程序中不要用。
& a: y, n$ f+ V. |5 N& O, o* e$ c: B; q4 I0 R
2) size(): F+ \" {8 u- Z
$ J. l! G; ~) i7 g
返回 vector<T> 中实际装的 T 的个数。相当于 CArray<>::GetSize()。
7 I" ]9 V* e& Z+ H
& ^  ^2 I) c5 H3) empty()& b& ?' d: o- Z/ x" I
1 ]- E9 u* u& I/ \. r! D) y- v6 e2 w/ X
如果 vector<T> 中没有任何 T 对象,返回 true。也就是返回 size() == 0。
8 }8 ?+ j* O0 S; H& b9 v7 s% J* E! D
4) clear();
) m6 H7 ]* ?, x7 i/ p6 I/ f- S* P3 o$ z% R, ?6 x; n3 y4 \1 d/ U2 h
清除 vector<T> 中的所有 T 对象。执行后 empty() 返回 true。大致相当于 resize(0),但不要求 T 可被缺省构造。相当于 CArray<>::RemoveAll()。2 C1 I9 D; V9 b0 l( F( m

1 }2 H0 Q* W# w$ H5) resize( size_t n, T t = T() );
' v$ p3 q( n4 R# D
' K2 j, P/ [2 F0 p将 vector 中的元素个数设置为 n,n 可以大于 size() 也可以小于 size。如果 n 小于 size(),那么 vector 中下标为 n..size()-1 的元素都将被解构。如果 n > size(),那么将在 vector 的后面新增加
0 P0 j8 Y3 v! Z) ~% cn - size() 个相同的元素 t。在增大 vector 时,可能发生存储再次分配。总之,调用resize( n, t ) 后,(size() == n) 成立。( |6 E0 U% N$ l

/ n% [! y/ O# Y7 J9 z! B- E1 f请注意,如果调用 resize( n ) 不带参数 t ,那么 T 必须可以缺省构造。
! a5 e0 j" w0 U8 p4 ]
- }2 w" J7 v7 K$ i* X( N: d+ z  [6 S6) reserve( size_t n );2 a  [% X1 M- Q% q, u/ K. ?
% |7 v2 R+ K8 ?' ]: F9 [- m
事先分配至少可以保存 n 个 T 对象的空间。调用后 (capacity() >= n)成立。, A8 x, T* Z1 K  v" }. @

! o3 g3 b& E* B+ g  O$ Y7) capacity();
/ Y7 r" b2 @7 P( ?& \& `6 V* w! C; ~$ Q/ v
返回已经分配的存储空间够容纳的 T 类型对象的个数。后续的增加元素操作(如 push_back(), insert())如果增加元素后 vector 中的总元素个数不超过 capacity(),那么 vector 的实现保证不重新分配存储空间。
8 A* \3 c" [) t
0 _# v  A* y' Z/ a$ u  z1 V' uvector 管理的动态存储空间是连续的。执行操作' E* P( t! n+ T% g9 j

, A3 h' P3 K* U2 Y4 ^2 NIntVector v(7, 1); // seven ones.9 d, A2 a3 z/ C1 v  e3 d
v.reserve( 12 );) x& @2 Q- Y2 w: L2 D2 |
后,v 的状态可以用下图表示:
( |( I) {6 P; D( w+ M5 e. k2 B" m/ _+ e
/--size()---\0 j" K- ]9 {" |- g, E: W3 i6 k
|1|1|1|1|1|1|1|-|-|-|-|-|
1 I+ x' }( ~" Z0 i! b( B$ K \--capacity()---------/
1 P1 K8 _3 _# T1 [1 C, x2 w4 j其中,1 是已经构造的 int 类型的对象,- 是可以构造一个 int 类型的对象,但还没有构造的原始空间。再执行
9 d/ D3 e. G( M) w9 H7 l3 H/ I' a" B
" |' z" J0 s- f8 Nv.push_back( 2 );- q2 o+ u, s; N. \6 Q+ k3 ]3 N
v.push_back( 3 );
6 X0 h% O6 x7 q3 c后,v 的状态可用下图表示:
: L1 f( B% a$ _4 Y, b- L; K; R" T9 T8 F
/----size()-----\3 S$ k" \3 e4 q" [
|1|1|1|1|1|1|1|2|3|-|-|-|
& K5 q, D, n& }9 T- ? \----capacity()-------/
, }2 B/ {. `6 {' s' a执行 resize( 11, 4 ); 后:
5 D9 E3 ^. X5 b2 x; B
6 u) W0 ]  u) \( R6 L0 Z /----size()---------\1 R; V: @* {. Y7 y
|1|1|1|1|1|1|1|2|3|4|4|-|1 f" g) A, q! M
\----capacity()-------/& h1 v( \. {+ _; b; O
capacity() >= size() 总是成立的。对于下标为 [size()..capacity()-1]的未构造对象的存储空间,是不可以访问的:8 H+ c6 c, n. \3 S9 e0 E* T
" f7 @. |6 w) r1 ]0 Z( n
v[11] = 5; // undefined behavior - anything can happen.( D! R8 i" g4 B6 A1 z
7. 添加元素到 vector 中& K- Q3 U! h! t* ]
下列操作添加元素到 vector 中,并可能引起存储分配:; Z# U9 S1 A- k9 ~9 Y5 h6 Z- w; c
: [  i/ p! b6 a3 x4 A
void push_back( T const& t );' Q5 {! p; d9 X
void insert( iterator pos, T const& t=T() );
. K6 |* {2 s; b- a9 Zvoid insert( iterator pos, size_t n, T const& t );
. k; u+ h; D7 k, \/ f6 ~% _$ J4 wtemplate<typename Iter>
! x  C, e/ K' F! ]3 _* w9 f    void insert( iterator pos, Iter first, Iter last );3 |. `* V- y1 _6 W: f9 ^6 w" f4 Z% a
push_back() 是把一个元素添加到 vector 的末尾。insert() 是把一个 t,或 n 个 t,或从 first 开始到 last 结束的一个序列插入到 pos 指示的位置之前。
$ i5 Y2 u$ H2 d7 D( r, a
; N+ v3 |' s: S9 Z7 P当插入元素后 size() 将会大于 capacity() 时,将引起自动存储分配。vector 将会分配一个比需要的存储区大若干倍(通常是1.5到2)的新的存储区,把老的元素拷贝过去,同时完成添加或插入,然后释放老的存储区。; k+ d9 x, |! M+ M

+ E8 l1 ~+ I' G这就是说,vector 自动存储分配的空间大小是指数式增长的,这可以保证多次添加元素到 vector 中时,平均用时是接近于常数的。
6 H  M- R8 K8 P! B4 Z* I* C5 M' r5 y$ q/ D/ D1 Q' a1 O
IntVector v;
, _( h- e! l8 E& ]: r% r9 p4 b   6 C( S3 l. c0 y: I
// add 0, 1, ..., 99 to v:
  c+ ]0 z: w8 @/ r0 y3 {( ]" yfor( int i = 0; i < 100; ++i )7 V* t4 @6 O# T- x2 k8 \% y6 K
v.push_back( i );$ a( E& L5 e! d- J6 y" n2 l* z
   
. @+ |0 j; [5 {" J* F; n, M/ h// append 9, 8, 7,..., 0 to the end:
' O2 f' Q& ?" nint a[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };
4 c  X0 P! {4 h: lv.insert( v.end(), a, a + 10 );
5 u  a8 c9 q" |! I8. 删除元素. w  B; Y& X; z
下列成员函数完成元素删除:
9 V- {& k9 _: C5 h( b% |
( g5 e7 M9 D, J2 Ovoid erase( iterator );, a/ i. n" m/ S7 `- k6 F# M2 @0 Z
void erase( iterator first, iterator last );/ j- Y- o3 d/ y3 Z" M8 \* T  a1 P
void pop_back();( i$ }" M8 w9 a0 H8 Z# \# j
void clear();" u2 {( c$ O, [1 g' X& m
这些函数分别删除一个,一串,最后一个,或全部元素。
4 u; q. s) T6 K6 }( K% ?
$ v% ?- W0 d% X: r; M+ HIntVector v;' p% {4 H% N2 x; b' @. i" Q
for( int i = 0; i < 100; ++i )
  F/ j0 b: ?8 I9 X( q  O6 q& ^    v.push_back( i );
9 d0 f. J$ ^" c  F2 W   8 i, K2 k" F+ O. @% a
// 删除 50, 51, ..., 89:" U4 L5 P7 G* h3 E: Y9 {
v.erase( v.begin() + 50, v.end() - 10 );( @* y2 O* k4 r6 f5 \+ u7 e
   7 C4 e2 V* X, W+ |9 r& ~
// 删除 49, 48:
1 g3 X; k" s' l9 Z. Xv.pop_back();; D1 @# V/ Q! E  n4 W
v.pop_back();
1 K- _6 W( U  P" w3 D4 {+ y/ J) v   
( q: L+ c$ Y  x) `+ }+ `1 a+ L// 全部删除:
/ w- v, ^9 Z  ~* o. qv.clear();0 {- Y/ H  l1 |0 V( |2 T' A
注意,删除操作不会引起存储分配,因此 capacity() 不变。' y9 s3 b- C+ {& l1 |
) `4 a: b" Y4 j, I' j+ D
9. 作为序列访问 vector 中的元素
" k7 P6 v0 [# i2 D序列(sequence)在 STL 中是一个非常重要的概念,所有的容器类型和算法都涉及到,而且所有的算法都是建立在“序列”这个概念之上的。
0 _" \$ b0 a- _( n% Z3 W; }0 ~
. N/ |; s+ }+ ~9 u% h% c) f( I“序列”是一个线性结构,由一个指示其起始和一个指示结束的叠代子(iterator)来决定。如果 first 和 last 是某种类型的叠代子,那么经常用[first, last) 来表示一个序列。注意,first 指向的元素是这个序列的一个元素,而 last 指示的是这个序列最后一个元素之后的位置,可能根本没有元素可以访问。这种半闭半开的区间表示是整个 C++ 标准中的约定,而且确实可以简化程序。0 i1 L3 C  j9 w

' d# L7 O5 ^4 H- a8 o# Q叠代子是传统的 C/C++ 中指针的抽象和进一步分类。在 C++ 中把 iterator划分为 input iterator, output iterator, forward iterator,bidirectional iterator, random access iterator 五类。其中的 randomaccess iterator 是最强的一类,即允许的操作最多。C++ 中的指针类型以及vector<>/deque<> 的 iterator/const_iterator/reverse_iterator/const_reverse_iterator 都满足 random access iterator 的要求。
2 s! ]# P0 H5 j7 ^' ]( m  R9 y4 Q) B7 x
vector<> 中定义了以下函数用于获取被控制(管理的)序列(动态数组)的各种叠代子:: O* |: A7 {, D1 r+ {& P8 Y
; ^( a9 S/ z  F8 X+ ?- A, H
iterator begin();% B/ ]5 _  p) N0 z1 F
iterator end();/ y; J6 e5 n! N  V) n9 R$ R) `
const_iterator begin() const;
3 m+ ]: {! E+ P8 c# Z& mconst_iterator end() const;6 ^6 y0 K4 {1 W+ `
reverse_iterator rbegin();
9 Y' O2 e3 r/ |9 Vreverse_iterator rend();9 O; ]2 F' K8 ]) M) O
const_reverse_iterator rbegin() const;
* E7 _  O( _! z  Pconst_reverse_iterator rend() const;
7 F( T" ]; e9 U这里我们不讨论叠代子的一般概念,只举几个 random access iterator 的例子:- a: k% u; U4 `* W0 U

& z! B. y8 X4 r) o6 Zint a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };8 n( t5 ]* i$ m: S1 b, m" ?' p
[a, a + 6) 是一个随机访问序列,指示了 a[] 中的所有元素。这里叠代子的类型为 int*。5 B% c7 j/ v. v5 l, g" {
5 t  T5 G& C* ~3 v$ u
[a + 2, a + 4) 也是一个序列,指示了 a[] 中的 3, 4 两个元素。叠代子的类型仍然是 int*。. P) t" B) b% f; I/ a: V! _" Q; N
# ~2 N; P8 E1 r4 Z. [& E+ c; q# E
IntVector v( 100, 1 ); // 100 个 1。' S2 L0 z8 s6 @7 i6 H
[v.begin(), v.end()) 是一个随机访问序列,指示了 v 中的所有元素,叠代子的类型是 IntVector::iterator。
/ t0 j' U% L2 \9 }
! i5 W+ S8 W6 F- t8 L$ u5 }[v.begin() + 10, v.end() - 20 ) 也是一个随机访问序列,指的是 v 中除了头 10 个和尾 20 个元素外的其它元素。
. N. W1 D" r6 K
% s; p& C4 C8 O0 d! z( ~; p[v.rbegin(), v.rend() ) 是一个随机访问序列,指的是 v 中的所有元素,但与 [v.begin(), v.end() ) 不同,这个序列是从尾到头遍历所有元素。! M! _) {5 g* M: e

8 l" m& W2 z! c' ?* P9 [( w[v.rbegin() + 20, v.rend() - 10) 与 [v.begin() + 10, v.end() - 20 )指示的元素相同,但遍历顺序相反。
$ [: d) B3 z& i9 Q4 v; x) S& a' q5 Q" o. r& R/ |
下图是有十个元素的 vector 的 begin()/end()/rbegin()/end() 的示意:7 u: @( G% |! ~% U
& C+ G" E6 U1 q( B3 w
begin() ----------> end()! i+ F" ]8 N9 R- b/ A3 s
  |                   |
, F& k; n' p; }  Y  v                   v: z- ?5 j1 h( G$ ?/ x4 U
|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|. o8 s( J! T4 f9 W
^                   ^
. J% @/ F! v; o" X|                   |
1 v% {7 i3 K6 L9 j- A5 Krend() <---------- rbegin()
' C3 k+ ?9 I1 j! N% ^" Q7 |5 y4 C8 f. N   
* d! K1 J& o3 J1 aIntVector v;
. u) L. q( X' T2 l6 mfor( int i = 0; i < 10; ++i )
9 d' B6 T  j6 Y% q* a7 P- T/ {, ]v.push_back( i );
6 k6 t' t8 a1 {! Y2 O0 ~   
& V- G+ d8 b8 }5 @  D- Y3 `2 x// print 0, 1, 2, ..., 9:- B% O( b. k- L( L. T  ]
for( IntVector::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i )
+ s( G: v5 N" Q1 |, |# C( W! ]::std::cout << *i << '\n';- C, M6 z" H1 E$ B
   : F5 y. K) }' R9 w
// print 9, 8, ..., 0:
- a% B$ {$ V# {( E: M8 [& Ofor( IntVector::reverse_iterator i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i )
/ Q; |( {: ^! l. @* A3 V$ g::std::cout << *i << '\n';! r# J/ r& g8 m- U- \5 F0 c( K% j. T
除了使用 begin()/end()/rbegin()/rend() 来遍历 vector 中的元素外,由于 vector 管理的空间是连续的,因此可以直接取地址进行处理:. L9 ]5 x# {1 p. ~- H4 b4 }
+ U0 j5 E2 S1 U
::std::vector<HANDLE> handles;; L( H# T5 k, U( V5 W" K
handles.push_back( handle1 );
4 l/ ^) S  l+ V* i' W$ @9 ^6 b6 Xhandles.push_back( handle2 );. q& i* @- l4 @3 }1 T

4 c3 S/ L# m# t9 u4 C) Q+ f
5 E# x- a5 q6 f( `8 P5 D::WaitForMultipleObjects(handles.size(), &handles[0],TRUE, INFINITE);
4 z$ ~' W+ p, j这在与 C 库函数接口时尤其有用。
, f7 t; b: u( j- g! Z# b
: C4 E9 u# H6 Y" l; b10. 赋值和交换! H: ^$ i$ V; R- V% `" {( `& k
vector<> 是可以赋值的,这也是一般的“值”类型必须提供的操作:
5 }$ Z6 v$ T/ y- }9 }
& F6 y9 W0 x" |% Y' _IntVector v( 100, 123 );! l& w0 a, O& K: t6 Z: d
IntVector v1;
$ m2 x  I" O6 H( s  [v1 = v;
! t0 y9 M' U6 V* _; \vector 另外还提供了0 D7 y+ T: Z, J% |  l1 ?- E

; S+ J4 Z* v+ w  `template<typename Iter>
! f: M2 p4 I! c* G. s6 \! V5 D, cvoid assign( Iter first, Iter last );
/ K8 r8 a0 g" q: L( g! L3 S) kvoid assign( size_t n, T const& t = T() );4 M3 o* S& q" s+ ]# k
用于赋值:
& r3 l) ]+ N7 ]4 K; O. ^- e) p/ y- h" |; v4 e& L
int a[] = { 1, 3, 5, 7 };
6 l1 D4 }; p- L) a; Gv.assign( a, a + 4 ); // v 将包含 1, 3, 5, 7.
$ {$ C; c3 F% A8 D4 H; cv.assign( 100 ); // 100 个 0。& V( r$ p! z/ c9 B1 G6 J
还有一个很重要的操作:
# {. v/ Z, k2 |7 Q) J. \5 A
1 P1 Q  @. C5 ?5 E' ~* e$ Zvoid swap( vector& v ) throw();) l  v; P& ?3 e0 j4 ^% s% @
用于交换两个同类型的 vector 的值。它的特点是快速(只需要交换内部的三个指针),不产生异常。这在写一些保证异常安全的程序时非常有用。( P: d1 E# _7 m. f

, [) j, \0 y7 I" n事实上,swap() 基本上已经被当作类似于 operator=() 的一个“值”类型应该提供的基本操作,::std::swap() 也应该为用户定义的类型进行特例化,调用相应的类的成员 swap() 函数:, N# l9 ?1 B( X4 Q* S7 q: O: A

6 t; N) r8 W- R; X+ \' ~struct MyVal$ v! e4 \+ G$ M6 H. J
{
+ ]0 a- C7 F8 p2 a2 O  // blah blah.
% N* q3 B9 M* O' E" w  void swap( MyVal& ) throw();) _+ @8 G+ n- _9 y5 M. O6 V
};% x4 Y; x0 u9 @4 a: q& A/ g, D
   ) H; t- E9 T" p3 E
namespace std {$ j! |, o3 ?0 @: b2 m
  template<>
- O8 f' C5 i2 m. p! `2 j4 ?  I( {    void swap( MyVal& a, MyVal& b )5 C9 B% f0 B2 b! X1 L+ u9 ~
    { a.swap( b ); }; m# m8 i! L, L1 ?$ {1 ^. [) Q# S
}
; O8 Q+ T: [& e2 b6 F关于 swap(),值得专文讨论。这里我们只指出,vector<T>::swap() 是快速的,不抛出异常的,很有价值。9 h2 o4 a: K3 x6 r6 x" L7 s% b

  V' w7 I: [2 Y7 g* y; U11. 使用 vector 时的存储管理策略! G8 l+ p7 q* R% \1 M
从前面的介绍中可以看到,vector 的自动存储分配是指数式的增加存储空间,而且永不缩小已经分配的空间。这在大多数情况下是合适的。 如果应用程序事先知道要用到的元素个数,可以先调用 reserve() 来保留(分配)空间,这样可以避免以后增加元素时不必要的重新分配和元素拷贝:6 j; j! h: _) @4 v

6 C# @* @: o1 K5 V4 ~IntVector v;
3 }0 \$ K! `8 E' h+ K$ sv.reserve( 100 );
3 q  W# `4 u9 {- S) C( m$ zfor( int i = 0; i < 100; ++i )9 M( i- a* ^/ |3 p8 S8 {+ \' }* k
    v.push_back( i );
" u; P' o( }5 {' s  U3 l请注意,reserve() 和 resize() 是本质上完全不同的。reserve(n) 保留的是未使用而能够使用的原始空间,而 resize(n) 是真的创建了 n 个对象:' R4 Q# R0 a7 U) u* D3 u( e; y
6 }! O: G6 ~& J( P4 O* R9 @0 a
IntVector v;
/ v# g8 C2 F/ ^  c( o" n6 c- G1 mv.resize( 100 ); // v 已经包含 100 个 0.3 g/ g7 U% p4 B& T3 l" y4 i8 A
for( int i = 0; i < 100; ++i )9 g5 A0 V$ {1 P! y9 s
    v[i] = i; // 可以赋值
. u' A) j. z/ h7 K) V有时候,一个 vector 可能增长到较多个元素,然后又减少到较少的元素个数,这时,可能希望缩小 vector 分配的空间以节约内存。CArray<> 中提供了 FreeExtra(),但 vector<> 并没有提供相应的函数。这时必须进行复制:
: ^1 F; b8 I' y" f* |: J$ }& D+ Y0 s" k
IntVector(v).swap( v );
$ m& l) |) x/ H# O5 J& f1 b: |$ U有一种看法认为拷贝构造函数同时也复制了capacity(),而标准中并没有很明确地指出这一点,因此更安全的方法是
  Z9 z# N0 O) f" f; c
$ Q: W% T; X5 {; v- d5 VIntVector(v.begin(),v.end()).swap(v);! j1 Q- L0 f6 o% ?# w
如果一个 vector 中可能要存储的元素个数较多(例如,超过100个),而且事先无法确定其个数(因此无法调用 reserve()),那么通常 vector 不是一个恰当的数据结构,应该考虑用 ::std::deque<>。与 vector<> 相比,deque<>不保证背后的存储空间是连续的(因此象上面的WaitForMultipleObjects()中的应用不能用 deque<HANDLE> 代替),但有较好的伸缩性,还可以在数组的前端用 push_front()/pop_front() 增减元素(hence its name, doubly endedqueue)。
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