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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# i2 `2 K% c, y( {0 K. N* \- U

% X4 P( d3 E' h( x3 Z原文出处:http://www.cpphelp.net/issue/vector.html2 B. e  W4 f( n2 t$ y# \
$ ^# ]$ ~7 Q9 E  N/ {2 u

2 D5 R5 q" |1 a4 U
8 t- j* v2 X& k+ _$ p; D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。; i% {( W+ D% G
5 x4 S% o3 Q4 q- G% \' _4 A
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<>。: X! g' R5 k; S, V; m

+ u( s$ y0 x& l0 u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。
4 a" ~5 L4 S! M5 t6 i4 l9 K1 b
$ n% F* ~* t! C4 R; t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。
0 k* u+ f2 Y2 C5 R0 w. A, q
( P2 g5 B7 \6 y! G2 u0 H% F不熟悉 CArray<>/WIN32 也没关系,这里提到它们的地方并不太多。
: B, P& h, `! M; f" t! z
7 e; _' K9 g  p; a; @. A0 z7 k1. CArray<> VS ::std::vector<> ?
4 |! Y4 e( c, a; ^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。
5 U& K/ R- Y+ {; d5 R
0 [$ [% D* o! t3 ]. n+ e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。
3 Q  R6 r/ s. f& l) T( f2 J- P. n7 `1 _: j! L* m* K; W
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)。
% i5 ?& \7 p: |7 h- L8 x) Y0 n
概括起来,CArray<> 与 ::std::vector<> 有以下不同:( ~0 `; N. a2 D' X8 c

: e. ?( j; g. I2 ^; N. g6 i1) 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。4 D1 T8 Z9 x2 q

. A/ b9 V3 x: m& d" F2 e  a  S- D) O  x2) CArray<> 不是一个恰当的值类型,例如下列操作都是不合法的:& U( v( s5 M, ~7 k
3 c' v8 l/ l2 n" l8 m  T
CArray<int,int> a;2 n5 x) @, Z' W0 Q& a
CArray<int,int> b(a);  // error, must use Copy().
2 W( l, q  D* D9 W3 L1 Pb = a;        // error, must use Copy().: T4 I- R1 E2 M, ~
b == a;       // error, you must write your own.6 d: b1 m6 J* ?1 z" l+ ?, m
b < a;        // error, you must write your own.8 o! S0 S. o/ j% O' `% H# y
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。
: `; Q/ @# R9 O( c/ l1 |  p* g, H8 Z0 d! \) e: E
此外,由于涉及到四个特殊成员函数;  z" C- M; y$ e
6 k$ a& Z+ K8 W* d' [" f
T(); // 缺省构造函数(default constructor)
$ l  n$ A( g+ F. r( e( \~T(); // 解构函数(destructor)& I5 ^/ F! U. H. n# `9 ^
T( T const& ); // 拷贝构造函数
9 G4 n+ |% H$ J# l9 wT& operator=( T const& ); // 拷贝赋值函数' c" T& k9 }! Y  {# n
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:9 `8 j, C: \1 `0 X
' \$ B3 l7 o( A' r" B/ w
struct T7 H. ^: b& l! V1 c" E
{% @2 k* e7 I3 u; P/ m
   T() {}
' L0 r: a: `; t% {% J- c, M   T( T const& t )
9 c0 y/ Y* M6 b7 v1 K; b! p2 B7 {   {
, F) h) N# T$ E. b$ U       a_.Copy( t.a_ );
5 r& Z* c- @6 \3 i( c: ~- c& x       i_ = t.i_;3 Q: d) H( x6 e3 A8 u4 @
       d_ = t.d_;
- F. G. T; G7 Z, _6 N' ]* q! u+ ?/ [       s_ = t.s_;
$ E0 e. F- N, T) D1 h   }( N# v9 g! K2 T. f  m: O
   T& operator = ( T const& t ), y" {- e% o& Z4 C1 ?  K
   {
6 I0 n( [  G- D, A! Q       if( this != &t )& [7 c9 F! Q1 C$ Q) P$ ?
       {8 z. i3 [6 B1 P! K& |+ z
           a_.Copy( t.a_ );$ M& _2 B7 C. M' O6 }) l( x! m
           i_ = t.i_;
$ x; D  U2 s6 n" ^           d_ = t.d_;5 q/ n/ x* l8 Z5 E
           s_ = t.s_;/ ?' s3 K0 s+ u2 q/ I8 G6 {
       }
! r& V& a8 J& \: s0 }, r       return *this;
, ]6 x7 ^2 G/ C: l; g! \* z   }
$ K" t5 w0 W  E  y! B. I  Zprivate:6 s  k2 m! G% q* ]8 _+ i# G9 ]! I
   CArray<int,int> a_;
# U+ _, S3 Z* J1 z; K; o; k   int i_;
1 d9 @  j+ Q7 C4 I! V4 y   double d_;
  O* q! \0 h. W$ Y1 a/ [   ::std::string s_;
% L" ^1 R' U2 \1 q: U8 t% U};
* C7 G* C5 U0 ]) V  N& e如果使用 ::std::vector<>:
- y7 Y- L$ r, c3 P! ?
5 j) v$ g5 g* f6 ^- k5 e" ~struct T
% S* U) s5 ]+ `. d) j{
/ g/ t: M4 I' E2 o5 C3 W( d; S3 Jprivate:
; k6 T& X& E! ]   ::std::vector<int> a_;
0 r/ R1 q, v) ]# j4 y/ J   int i_;0 G) [5 F& f9 v- F
   double d_;
2 V1 L4 Q8 k6 I. R' ^7 l   ::std::string s_;
2 G6 N9 S9 k% T3 J};' x( }6 l% j  }: g( T
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
% M5 Q/ m+ P- r! g- ~& O" H" O& _% LT(T const&) 和 operator=() 中去相应地增减。
. y* w) W( x9 `+ H4 I4 @1 J+ P5 f% i0 i2 V! d0 n
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
! y0 O$ e; a5 ]1 J& k: ?# d5 G::std::vector<> 上运行。例如:
" R# ~7 c8 k$ O4 e4 G; J8 [+ L+ A0 F% H5 ]0 p+ E+ q) Z
static int const init_vals[] = { 3, 1, 4, 1, 6, 9 };% T% o- T7 o8 f
vector<int> a( init_vals, init_vals + 6 );) n2 F7 ]6 }* e! `! {7 Q9 d
*find( a.begin(), a.end(), 6 ) = 5;    // 把6改成52 O4 j' c) @) e2 d" Y5 H) E
sort( a.begin(), a.end() );    // 排序。  g. m7 D* P# c
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?
: e2 ]( t- M, @$ _2 P, U
# k0 U1 h& ?3 P8 I* Y) `+ rCByteArray等的问题与 CArray<> 的问题一样,甚至更多(例如,CPtrArray,永远不要用)。
4 |7 U2 u, R' A( E7 k! q2 V2 ~
1 H7 ]; T; b; y; W4 d2 \% E  G同样,其他的 MFC container 模板,象 CMap<>, CList<> 等,都有类似问题,都应该用
6 t7 t0 Q$ A" J::std::map<>,::std::list<> 等设计更好的东西代替。0 {, G+ ]1 w( K9 k( w4 n; ^7 t
) v5 q# I0 y& _  ?2 b* f
2. ::std::vector<> 在哪里?
$ c; B# o+ x  I$ O, N9 s4 ?; M( b::std::vector<> 在头文件 <vector> 中定义:
" X& L) o0 G8 R0 u* x9 B
- @9 h7 C! K  y6 n, p/ }( b7 n(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 ]1 N3 M/ Q- }
! W8 |9 t& ]! W& B: }0 Z& l# O
namespace std 5 F" G" e: _9 r9 ]# w. T8 c- U" o
{0 L$ n; y/ U  b, a
    template<typename T, typename A = allocator<T> >
! o/ U0 S+ G! Y% L) V3 D    struct vector7 J) R- [/ w! _* R9 t
    {
' O: d- z. l* w0 k2 _; V) W$ T        // 具体内容稍后讨论- |. R- V: X9 D
    };
7 E0 J! [; M8 [+ O. u
0 e. j7 s8 S, {
8 K0 u0 Y# Z4 i, k1 ~! `, e    template<typename T, typename A>( L  o0 L. {+ M3 F2 B! {* z
        bool operator == ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );' f! U4 ~% a; B
    template<typename T, typename A>
3 h% g: e& O  N+ c( ~2 I        bool operator != ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
8 H( o8 ]  X% N: K% j! [7 S    template<typename T, typename A>! ~! f2 m* N5 _" G- v
        bool operator < ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
( ~, ^( H. O8 B4 c2 g    template<typename T, typename A>
) Z$ d$ `, R. R5 y2 Y/ k, B& `        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );: W0 g8 p6 B) r; |; q
    template<typename T, typename A>, [! |7 r$ ?" {; a/ o( J. i
        bool operator > ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
) D, [9 V' \2 q/ P& K1 y    template<typename T, typename A>* @" H+ v/ z8 k9 H
        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );' A( w3 s, l, [/ O, B* P
}
2 e+ d9 f+ X- d0 h- m0 L5 Y+ Evector<> 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:
% q1 p3 {( Q0 ?# v# i3 a
# w9 ]! u* D' k3 p  {  P- G7 {! v* q1 y#include <vector>
- r( q( j- v7 |typedef ::std::vector<int> IntVector;( _/ N. p: g- n9 X* S8 d
IntVector a;" B# O' @+ j; U6 ~6 p8 p
IntVector b( a );/ @4 e* L0 w# \' ~
IntVector c;
* a/ F: c# q* w" \c = b;+ P9 Y3 D5 m) q+ s# N
assert( a == c );
5 x/ l6 J" A7 c* N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<()。
% e+ P/ |7 q$ X' r! }- m/ F9 l7 X
- O8 R. A: w3 I0 A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。, {" V6 }4 i& d( W
5 X9 c* Y+ w; Q1 @8 I$ L
3. ::std::vector<> 中的类型定义
$ V1 y3 ?9 n! C; k3 E. nvector<> 中定义了一些类型,下面只列出常用的:+ j* s0 @7 B; A1 }# w
+ V% s6 o& t2 e5 e! a) B) K
typedef T value_type;
, _+ o- o2 D, J( y& Ytypedef T0 iterator;
2 V) I. r0 i( \typedef T1 const_iterator;- W$ B2 k' m! N# w* L
typedef T2 reverse_iterator;
$ o) H# i. k( J1 `6 ]9 g/ Qtypedef T3 const_reverse_iterator;/ U! K5 s& H  ]. X) @1 l
4 {! r5 j' r' r
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。7 {& m: R3 J) O, n5 X( B
/ {( K4 _5 m' d
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:
; `7 e' o& [2 X
' Q) e  a! a# I" o6 Ttypedef ::std::vector<int> IntVector;& v7 \; ?. \8 t* ~
IntVector::iterator iter;
8 L! G2 K6 N- N$ Z/ K/ e5 j) vIntVector::const_iterator c_iter;3 S0 i7 B, k7 @0 m1 ~
// ...; @+ }7 i: V! k3 b
++iter; iter++; // ok: increment, post-increment.) r6 Y7 I' \( `9 R
--iter; iter--; // ok: decrement, post-decrement.$ U0 H* u# s0 C- t* g* t
++c_iter; c_iter++; // ok: increment, post-increment.
+ x; K! d  v; B/ f+ D; Y. y% N5 A--c_iter; c_iter--; // ok: decrement, post-decrement.# O* N1 I! T$ S$ k$ K9 I
*iter = 123; // ok.
. P2 b9 W, Z7 o" @2 W4 b* i. bint k = *iter; // ok.* q4 g, ~6 I: H: Q4 R
k = *--c_iter; // ok.
: h" v$ ?& s1 N2 M$ F3 q*c_iter = k; // error.
* |5 F4 m7 Q$ o. yc_iter = iter; // ok: iterator is convertible to const_iterator.
' s2 x5 y2 _) X: i! }9 liter = c_iter; // error: can't convert const_iterator to iterator.
+ H- \' m2 x3 h: C+ B( S- |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*:
4 A. B! f0 O3 V( X2 X% }
0 N) c) W) I7 D. Z. a2 Q8 UT* p = iter; // may fail to compile.8 y, y, R$ ]5 s3 }9 q. l- v5 Q
T const* q = c_iter; // may fail to compile.1 {; |$ o# l% C. K- G3 n0 [
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。
3 Z  O$ b& f, u" t
. |8 B* x; |4 X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。: N: {" m; O5 M% g; Y

$ R) ?- k- i: Y. X* ]/ L) a4. ::std::vector<> 的构造
# G7 U: a* \) ~% wvector<> 提供了以下构造函数:(忽略 allocator 参数)/ q5 l, l8 X+ O) Z

: t! w! B8 P  W& ovector();
. ]. L' i2 K/ Y' tvector( size_t n, T const t=T() );
- v4 n8 G" g4 Z" Z1 ]: Wvector( vector const & );
: H9 ]: x  I3 A" H# Bvector( const_iterator first, const_iterator last );. a. m+ n2 Z% J4 W
1) vector();
3 f- y, ?3 D) ^. C! y+ F% Q  e  |6 W1 C4 N" I* G$ m4 q" C1 ?% I
构造一个空的 vector,不包含任何元素。
, n) |! g9 _* {) n* ]: X6 W* L( J- P
IntVector v1; // 空的整数向量。9 _" e, j! G$ \" k/ E, W4 K
2) vector( size_t n, T const t=T() );
0 q8 V) Z) K+ c; o5 p$ Q, ]- \0 R3 _
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:$ C+ ^  @- @; f8 B

) ^* Q  x, f6 a+ p1 r. n( cIntVector v2( 100, 1234 ); // 100 个 1234.3 r8 `- d6 \1 ~( C4 o
IntVector v3( 100 ); // 100 个 0。, N2 Y" I8 b$ O9 s
3) vector( vector const& other );
9 E' N; n3 L: O, C8 m) ]" B" T0 I2 ]
* ]; E& o. G7 O) T6 `复制构造函数,复制 other 中的内容:
& I+ \8 X' z* w/ b' F" P: U  Q; C+ T' o4 ?$ e4 e4 o* h7 y
IntVector v4( v2 ); // 100 个 1234。) g! F; U( K/ |
4) vector( const_iterator first, const_iterator last );
# e- |' m2 t+ m+ @' a, }+ i
! n) `, V' u9 Q事实上,这个构造函数应该为: P+ H1 T* r2 X  f5 D
. w- I4 x# S! G
template<typename Iter>
3 d3 i7 l6 h/ ~/ z8 F# ~" z8 W    vector( Iter first, Iter last );
) p# ?' T2 q  A4 z# I8 ^) L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:8 `( W$ n, f; C& m7 O. p
* R, P$ I6 T4 E+ f6 Y
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
: U! Y: ^( x9 NIntVector v5( a, a + 5 ); // {1,2,3,4,5}' A, h. v8 q+ C! c: \9 _& {
IntVector v6( v5.begin() + 2, v5.end() ); // {3,4,5}6 Y) D  P" B# Q2 t* \
5. 访问 vector<> 中的元素- ?. Z* y3 D2 p6 K4 J2 `
以下成员函数/运算符用于访问 vector 中的一个元素:9 t; [  H7 u1 z0 g  K. `: p! p2 i
4 G( K+ P: a7 r; W
T& at( size_t n );
; v( h* Y6 F$ P6 Y7 uT const& at( size_t n ) const;
7 a( _( X9 Z% E+ o0 A7 D  G# d1 ET& operator [] ( size_t n );) C& N9 r- s8 \4 l$ L3 e
T const& operator [] ( size_t n ) const;
: S( P2 B; @* }! J# [2 z' \4 C; Z* VT& front();
6 p$ f* n; v' G  u+ l5 W: `5 RT const& front() const;+ H4 }9 X3 k2 d+ m/ s
T& back();' ~1 V5 Z9 u) X: |
T const& back() const;- s6 b, T0 ^1 w" J/ ?7 Q
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。' W( x1 _5 `, s- r- I7 k

* B+ ^5 [" z) h- M2 Jat(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。
9 X6 ^$ c! @& e: q8 l5 `5 L- e% W
2 T8 N+ _+ H/ v2 S/ Y8 T6 Ufront() 返回下标为 0 的元素的引用,back() 返回最后一个元素的引用。8 Z6 C! U% T0 R2 Z

5 C. Q0 ~9 i# A: |/ M1 Z) ^int a[] = { 4, 1, 4, 1, 5, 8 };' W) K2 C! ^1 G% P1 ^4 e6 v4 S: {& M4 a
IntVector v( a, a + 6 );
- u- J0 D9 k% m5 W  J// 使用 front(), back():+ u! O1 `3 h8 j. R
v.front() = 3;* j9 S- L. w' O9 |6 B$ C
v.back() = 9;
- G8 E( a+ e5 ]- X- _' A// 使用 operator [] ():/ [" H* o7 |0 \) ?/ \3 @
for( size_t i = 0; i < v.size(); ++i )
! J- M% O8 [6 \9 Z::std::cout << v[i] << '\n';3 u* `6 y5 U9 p/ S' v8 d
6. ::std::vector<> 的存储管理, B/ u7 \+ [" B& i, V
以下成员函数用于存储管理:1 p! C6 Z+ x( p7 G! R
) n. c- ?! m- n
void reserve( size_t n );1 m1 O) U5 h6 j$ Z3 V# |; L
size_t capacity() const;& M8 v$ n/ i7 u1 K; @* Y2 c2 t  s
void resize( size_t n, T t=T() );! g' D! ~, Y0 g
void clear();9 {' I7 T: x  y% R2 m' V+ e/ M
size_t size() const;; e% S2 l5 U% d& Z
bool empty() const { return size() == 0; }
- A, r6 Y9 {1 [# Nsize_t max_size() const;
) U" \" d5 s+ I' P9 i: t6 S% G$ k; t1 t9 k- Q6 L1 |
另外,push_back(), insert() 等也涉及到存储管理,后面另行介绍。" v1 g/ u% N) ^- v3 I/ J. Z2 d: A, {
. W3 A" G& X# F& n
1) max_size()% j/ v& w! C. b1 y/ g
2 K% h' A; o8 n: H) o7 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。8 y! r4 ^; B4 I2 A
/ y# }# j4 @$ M! g0 d
2) size()$ W, R; W+ W' f0 w4 O9 ^; W
' q9 d! `" i  k
返回 vector<T> 中实际装的 T 的个数。相当于 CArray<>::GetSize()。+ D7 z+ O3 S9 S+ w' B7 B" h) H& R
7 U- D  X3 u+ [: `
3) empty()
2 y" C* G; Y4 Y& |& t0 l# ]9 v3 n9 D" z
如果 vector<T> 中没有任何 T 对象,返回 true。也就是返回 size() == 0。
  T7 F' U2 e6 Z
% U+ t  E% i' i) w8 j. E- Y( c4) clear();* D; Y5 c8 f' ]0 |: g

- @1 }4 ?: W4 R' h6 f6 N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()。
) H2 j$ O; S! Q
! n& V2 P6 h7 |5 k. }5) resize( size_t n, T t = T() );" b  I* ^; `& u; C
9 q5 Q% |" u. @: B
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
: G& i: A, X6 Sn - 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。1 A; z" R/ Y3 K& W2 }& D& \

0 }2 Y% ]# l+ @, i+ {6 o; ]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。
; b! @5 R  O8 e9 a! {* {+ M% A, f8 n8 z& c4 u, }0 K; K! L" `+ p
6) reserve( size_t n );
# P. t! V4 F+ a0 y! }4 `0 ^2 U3 q' n2 z5 O
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。3 `5 d5 Q( P7 O" ]; k$ J* @

# F9 ^0 {" K# \  j0 i6 v3 j7) capacity();" C; ^( h# b* a6 R& U& V, s" G7 Z+ E

! L$ l0 @6 I0 e3 l# @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。4 H" @/ Y# M; B8 o5 @& B7 A$ [/ I# o

2 U" K/ c1 m' i; p, e' J: |vector 管理的动态存储空间是连续的。执行操作
) q9 V: b/ ]  U3 S6 x9 Q& V0 b( w' ?! J, r( k
IntVector v(7, 1); // seven ones.1 O! }4 h% H* d8 B% U
v.reserve( 12 );% ]1 I: L. N  y/ ]
后,v 的状态可以用下图表示:
% Q! X- h- ^0 n7 e* }2 W! @0 w$ P& ?8 G3 V+ {& T
/--size()---\
  Y1 x' R5 P: H9 s! d# h: X|1|1|1|1|1|1|1|-|-|-|-|-|
, G) _3 F7 A' b/ y3 s1 n \--capacity()---------/0 A$ Z+ F" R/ \1 Z' B' }+ ^
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8 c2 c( c" v0 ]2 L

8 ^2 m# h$ H7 l" e1 W* H) @( Pv.push_back( 2 );
  Z* W+ S  n. q7 s* Uv.push_back( 3 );
6 y5 ^4 Z- J# `$ G: `& B6 P! {后,v 的状态可用下图表示:# K2 H4 N1 m$ a! x* S$ u
( ]' @+ G9 f0 G- X
/----size()-----\. L/ |9 [0 ^- h5 I7 A* k8 j
|1|1|1|1|1|1|1|2|3|-|-|-|$ O3 A% E/ `- |( u7 i& F$ j
\----capacity()-------/
$ e3 m) T  E) _* h6 W, `+ [  Y执行 resize( 11, 4 ); 后:
9 k7 F2 J. K2 l1 r* b' V& y9 t* j* T& F6 G' n3 S
/----size()---------\
# Q# {* |1 g  H1 S4 b; E6 i|1|1|1|1|1|1|1|2|3|4|4|-|
: ^! t- Z# P; x. s7 L5 `& E \----capacity()-------/  z6 _7 V0 ~( j" _) `7 v5 L
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:3 v$ ?* Q' s. D& z0 A

% ?; r& y- T- q  ?v[11] = 5; // undefined behavior - anything can happen.
& A1 j) }( ?. F7. 添加元素到 vector 中
4 F1 W2 v+ I- w) p* Q下列操作添加元素到 vector 中,并可能引起存储分配:' l3 Y& l! a9 t4 r

( A$ r4 T, G) _. `2 K/ @9 a. j8 Avoid push_back( T const& t );
1 F- o' ~! O* ?5 v+ n$ B. p% z! mvoid insert( iterator pos, T const& t=T() );
$ g) v& G0 n) z, V/ L* y" b) \void insert( iterator pos, size_t n, T const& t );/ r6 c* v' Q1 }  B
template<typename Iter>
) j# u; m0 q% R/ O    void insert( iterator pos, Iter first, Iter last );4 I! f1 I9 h& z. `5 f
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。
/ k6 g2 X' _, b3 [& @6 {& F; q/ z, O% ~- ?) s4 Q4 x6 {
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。) H. y# f1 b; E3 B5 z

' T; S6 h4 t4 _, F6 q# i) U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。  Z1 j5 x0 E3 b8 O- B" O

, e" N% c0 C- i8 s3 g7 gIntVector v;1 ]  V* ^; P- Z' @) C2 o9 I5 Z4 k
   
9 f. C/ P, Z0 m) I8 |1 M* W! S3 C// add 0, 1, ..., 99 to v:
0 M5 g+ R2 L3 I! ], ^2 f8 Wfor( int i = 0; i < 100; ++i )
8 Y* H& P# A$ Z7 z, z5 @2 W  c) Lv.push_back( i );
4 x; [8 d$ D3 o5 p* X   
2 ?0 j$ [  E6 j+ H: N: D8 A8 X+ r// append 9, 8, 7,..., 0 to the end:2 ?4 k. G; P( O/ Z1 E7 [7 k  w  I4 S
int a[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };8 d+ v, N& H/ k8 A7 `* \: i# V: D9 @
v.insert( v.end(), a, a + 10 );
% B' p; b1 k# ~: h! h( }" m) @8. 删除元素
8 {8 W0 C1 J  S9 n& d下列成员函数完成元素删除:
5 J4 G& l2 X/ l5 s
) t* G4 T1 P# N$ S# T0 ~void erase( iterator );
) x' z4 k' C) B1 I3 hvoid erase( iterator first, iterator last );* ~! j* |, b, l  c# e$ m0 B
void pop_back();
: q: ?; Z; [0 w$ k; @8 y8 xvoid clear();
) W) s. q; P# g  `- |' m这些函数分别删除一个,一串,最后一个,或全部元素。
0 ^0 t: w, U; W5 C6 q) x- h# L6 E& l' Y" n4 ]5 m0 k
IntVector v;
* g( s2 a* Y, V( cfor( int i = 0; i < 100; ++i )
1 Q  _* E5 g# L$ O0 L7 m    v.push_back( i );0 Y0 p; m) i+ z% N9 H& j7 I
   8 J$ ^% F, S& `2 d7 l" a& V0 X
// 删除 50, 51, ..., 89:
9 g6 I. i5 d, sv.erase( v.begin() + 50, v.end() - 10 );  }9 _- C/ H* T* k
   6 x& c+ C7 e  \7 B1 M2 C/ C
// 删除 49, 48:
1 z( P# c+ ^% k* Z+ T4 rv.pop_back();  R& X3 J8 O' q6 Y* R
v.pop_back();
- H3 }9 T& k  S$ `/ H: T9 U& T   3 ?" e9 z0 U% [' v, M
// 全部删除:
8 q& o8 p& u, Q) j* Qv.clear();2 {/ a2 j8 Q5 u$ q5 G
注意,删除操作不会引起存储分配,因此 capacity() 不变。
2 z# o* t2 d. |1 F
: F. a: v* d) ]+ G# G+ d9. 作为序列访问 vector 中的元素. R7 ^7 [. J) Q7 x: s" z
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。: b  T- T8 m, |2 w# k

; A7 h. X# I5 M  O“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。
: K, y) t2 n, [9 [) v2 N$ a) z1 i
" v8 Z6 n0 f. i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。
: {3 Y+ a5 D) T1 L: {" B9 |+ w, V: m/ q. 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:) t3 C  o  A* X9 i

7 [$ J, B3 p3 l: Eiterator begin();4 i* {" `! @8 E/ L9 m
iterator end();
0 c1 @, D1 ^) B9 a8 n( Y2 {const_iterator begin() const;
" o! ]& n( h; c* H7 F, _, y$ qconst_iterator end() const;
/ d* B& Y. Z( Zreverse_iterator rbegin();) ~  ~5 l9 ^3 ?/ j; H' G; j% g
reverse_iterator rend();( J( v  s9 C1 w, T
const_reverse_iterator rbegin() const;
( O0 K/ m. v4 b0 y, d9 L8 wconst_reverse_iterator rend() const;
- I( w1 ^* F9 y7 n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:% W+ f4 m7 Y7 }  l5 G8 x( c
3 g8 A( u  M! k# P! h! D4 N  i& r# J
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };2 l# k* i9 P+ t( p8 t
[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 T3 w2 ?% R) n/ U& }8 o
& O+ w1 f8 p# i- ^/ c5 [0 t( @[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*。
8 s- L4 K3 c9 z$ B! {3 G# e, M5 h8 g. H& }$ Y! z, q) B0 [4 T
IntVector v( 100, 1 ); // 100 个 1。9 H1 }3 \# O0 u1 O$ i0 _, h% i
[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。2 b: j* e! S$ `

( i) W& F9 A0 H" w[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。# U. v7 r' f: N4 S, ]
* V9 Q8 I6 c6 }4 ^
[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。
* i/ s" N4 G! E4 \7 i9 q5 d
/ E3 n4 L* t. n1 K[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。
: H/ j+ D6 C2 e3 Z0 M: w+ u* [4 i! M# N* P! q. P! D
下图是有十个元素的 vector 的 begin()/end()/rbegin()/end() 的示意:
1 h) ^+ B# N( B7 s: Q& `5 Z. H, R2 I4 F- }9 k$ S" s3 X8 |
begin() ----------> end()5 A7 a$ J  u) H4 O: G, {. p
  |                   |
8 ^4 H# W, g( o: R, I  v                   v; ~1 k; E) |% W
|0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|& U# O+ R5 y2 k  O# k! t+ N0 J' O
^                   ^: H1 u! s5 g2 M5 _
|                   |
- D+ D  X8 a6 _  n3 p- e3 N, H+ r! f$ Crend() <---------- rbegin()
9 }, C7 i3 t+ [   
0 l/ T% s0 l: Y/ X  UIntVector v;% D5 F+ c$ M$ `& C
for( int i = 0; i < 10; ++i )
7 v  Q8 ?: F% L5 c1 W" Wv.push_back( i );
  s+ h: a$ R1 C% M   
) H/ N- s4 v7 X, @// print 0, 1, 2, ..., 9:$ Z! ?  @3 j' p" M" K! _
for( IntVector::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i )
1 @1 _0 i0 p' r% [4 ~7 G::std::cout << *i << '\n';& p( S6 m2 V& a* w3 [$ a
   
- u6 n' ~6 H" s* j1 X) o& C0 n' l// print 9, 8, ..., 0:. b9 w( o9 ]) U- U" z
for( IntVector::reverse_iterator i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i )6 c( `7 j6 U3 g6 h$ |$ }
::std::cout << *i << '\n';& U; _& |: n' [8 g
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:
' b' K$ g7 R, U( B6 |$ [7 j8 q- I$ M
::std::vector<HANDLE> handles;3 D3 h" ]! e  |7 P6 ~
handles.push_back( handle1 );: }2 y# D! e' `* i9 I
handles.push_back( handle2 );5 ]; m7 n0 Q( M7 Z& {: |! o
3 A8 i* W# D& h( X

. j. [2 b7 b1 h, D2 O::WaitForMultipleObjects(handles.size(), &handles[0],TRUE, INFINITE);3 }! z" x- B/ D) r  h: _9 m
这在与 C 库函数接口时尤其有用。
& g$ D! _' {. ^) w3 T# N& ]8 R+ ^. C+ A, B
10. 赋值和交换
1 C$ g7 `8 O& P$ z7 Dvector<> 是可以赋值的,这也是一般的“值”类型必须提供的操作:
5 J$ r8 t* o/ P, g
4 o  G% @+ p8 k0 ]1 V1 \IntVector v( 100, 123 );. T2 ^  q6 {5 O: _* U, l5 A4 h
IntVector v1;
- A& e1 y. L  fv1 = v;
' h& q9 ^0 [1 R+ b& i2 {1 jvector 另外还提供了
" i- G  n8 y* S; l7 r3 v& v) M, T& e' |
template<typename Iter>
7 i! R6 A' J4 h4 u2 {) l3 [void assign( Iter first, Iter last );
5 O1 L7 i( y- Q, x# Uvoid assign( size_t n, T const& t = T() );3 U3 c" N8 a' r
用于赋值:! e1 X2 t6 X) \+ Y0 r
. W# h3 _/ k0 B8 G' z. B% b
int a[] = { 1, 3, 5, 7 };% V4 ~0 Z% j0 ?( K" p
v.assign( a, a + 4 ); // v 将包含 1, 3, 5, 7.
% p4 i$ I2 t8 s2 ^) J/ Iv.assign( 100 ); // 100 个 0。; y: u5 \6 L& Y; H4 V# Q: ?( y9 s. v1 G
还有一个很重要的操作:
, W  W; f5 @5 c$ Q5 w0 }# K: v3 I6 v$ n1 R) Y$ H
void swap( vector& v ) throw();
3 i  L: i/ n2 y5 }, k% W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。6 q6 z) K* u+ E: O/ _" Z( i

  ^, s' d& K% C  Y  q+ n; ]. Y9 r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:7 T7 g6 A+ B  U1 y2 U  v
# M: Q& q( V+ n" Q% Q
struct MyVal
7 o, m4 T1 G$ S  E+ Y; V{
6 C& Z5 s, A. D& ]  // blah blah.
! ]4 U5 z' t! N1 y6 u  void swap( MyVal& ) throw();  e, t( t& P$ N: o& q# a9 X2 o3 u
};! z7 Z  d* l& S0 w& ]% k$ o
   
% p9 m8 N" n: h9 z1 _namespace std {
, A, t: ]7 r! l" w7 Z( n: d" u- E8 A  template<>
0 m  Z' W  m. Z% e/ P    void swap( MyVal& a, MyVal& b )
' l8 |, g0 w, Q  u7 N& @    { a.swap( b ); }
" {; X& |# U; N9 M" _* H}2 f, H6 j) Q& j/ U6 ]
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。
$ C; n+ k6 R) m& e% m2 A, d' e# k& {8 X3 n- \
11. 使用 vector 时的存储管理策略8 u: \7 ^6 f3 f7 c1 ^$ z0 e- t% d2 ]
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:
4 f: O  c& [/ `* e- d( Z7 _4 c8 t# A% G! w: R, z$ E
IntVector v;4 X5 ]# b4 _4 d6 G, M% |# t- h0 E0 u
v.reserve( 100 );
: P# t9 x1 S: O; g3 \for( int i = 0; i < 100; ++i )
5 J! G2 B- B' A, u    v.push_back( i );) G* K. J) [; R' A4 Y
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:3 \- ~6 G: b$ n, R1 \0 Q+ [- f
  y7 u' d' a# Z1 r! _
IntVector v;- F  e( H1 Z0 \
v.resize( 100 ); // v 已经包含 100 个 0.1 X% a( d) _. f- a
for( int i = 0; i < 100; ++i )
5 ~. }8 r' x) Z- u* I% l    v[i] = i; // 可以赋值
: B# V% z  E  V( r" v/ g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:; F2 H- C, {" b
+ v# i0 W5 S9 F( u, y% S% |& c# Z
IntVector(v).swap( v );& t- l% _. v# W
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
; x4 }2 ]( I) i4 H; z. d: R/ m% {% E0 D; O- r# T
IntVector(v.begin(),v.end()).swap(v);$ w* T0 ?  n: M& e: ^7 _: R
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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