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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* e/ [8 `% r' `( o
+ H* N6 A% W% |
原文出处:http://www.cpphelp.net/issue/vector.html0 f/ E. M, T. O0 u

5 n7 Z* X1 h; k$ ~- l& B9 d. U% |6 [0 J8 d/ i6 b
9 b) d" W" _  z8 o5 A
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。2 U" p, P6 v) I/ I5 _2 {
. O3 F" p! a3 [3 r, v4 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<>。
: K* N* j5 i3 T" R9 H. `* [0 L: x3 w% P9 ^- ^
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。2 L3 w; e4 t, d# \
. d. c( Y6 ^$ 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。+ B8 M6 {' L1 y7 v

* h; I  G0 H1 X% D不熟悉 CArray<>/WIN32 也没关系,这里提到它们的地方并不太多。# w0 T. U& \4 o  I. k

- r8 ~. `* Q. H1. CArray<> VS ::std::vector<> ?
2 u3 V8 k1 X. n" }/ `6 w- G! ACArray<> 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。
: M/ \1 W3 Z( L4 `! e7 B: ]1 t$ T+ c
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。2 \: y7 e# D; f* l, ?0 L1 Z

+ o  `& O8 K2 ^! l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)。6 D. h' K+ b. z# p6 P

. i% ~7 n, E' i# V+ p/ Y# m概括起来,CArray<> 与 ::std::vector<> 有以下不同:
6 y* r+ t2 L( k1 d" e  f+ f% q* V, J' t8 h+ w
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。. V$ M4 S5 F" q! v
% i  [7 G6 _3 t" m4 P& O7 [
2) CArray<> 不是一个恰当的值类型,例如下列操作都是不合法的:
" Y) D+ \0 \7 W& l. X" v* A: c2 E/ S% a, F
CArray<int,int> a;* _" H$ O$ @1 M4 U3 Z# a" c4 Q
CArray<int,int> b(a);  // error, must use Copy().
$ V) y3 }. T2 j+ Kb = a;        // error, must use Copy().
  y) X# h* D. ~6 D7 }! O9 u/ hb == a;       // error, you must write your own.* B, Y5 E* I/ i0 w+ G
b < a;        // error, you must write your own.
0 Q5 m; }5 R: d8 \  [# x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。; T( x2 q/ n! \6 I
1 I% x. b0 h) E
此外,由于涉及到四个特殊成员函数;  y# m% _7 i: r6 M  w( a
# ]! N% o* e4 W+ b# x" b" P  \, ^
T(); // 缺省构造函数(default constructor)
" v% R/ q1 p1 e- ^% N" p~T(); // 解构函数(destructor)
0 a5 n" e1 q6 d8 [T( T const& ); // 拷贝构造函数9 {- o) D: p3 L
T& operator=( T const& ); // 拷贝赋值函数
, w8 s) B' n7 x4 m  K# `3 q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:& U/ p( T+ E; I1 M

; Y' d- y2 m& v) a$ A+ }$ U struct T% L/ k  ?1 h1 k( {% s2 m
{
2 f5 @+ V% Z$ P   T() {}
4 P8 C' h" n$ B" B   T( T const& t ): [/ y& b4 Y# i( K* W# y5 X
   {  t) c$ |1 L5 Q1 W: J
       a_.Copy( t.a_ );
$ X$ G6 ]) F' |# b7 z; }; m       i_ = t.i_;( D4 ^1 T# j% B+ s- l, Z9 j
       d_ = t.d_;, ^$ f! K0 i) r" m& V% g& |( U
       s_ = t.s_;
" Y1 T- A! T, C0 |) s0 V   }
; `5 ~- a. Z+ G/ U" V: u0 R" Z   T& operator = ( T const& t )" |3 [. L8 c7 P2 n* w' @+ D1 E
   {8 @  w0 i; X7 j+ p7 }, e
       if( this != &t )
. |& T4 H1 Y* \2 ~9 v: T       {, \+ ?% X; L( W
           a_.Copy( t.a_ );# @0 b. O: B6 `7 b3 S  k
           i_ = t.i_;
3 |8 m+ ], Y6 V2 M. c8 L           d_ = t.d_;/ p/ O  x$ ?# ^
           s_ = t.s_;
, L' i8 f" S6 y1 }! Y& @4 N       }
9 _% H8 m* ~4 a       return *this;
# _5 X- f, U. x3 z7 E. @9 [) d) ^2 }9 v   }& g- D9 G1 W* A0 v' h- F# @9 Y
private:* Q& L+ i; _( t$ w2 p
   CArray<int,int> a_;
' U4 H; M- E  k- b2 J1 J( a8 g   int i_;
# ~- X* z- P3 n0 l% Z   double d_;
# r, z2 s/ y3 V6 F6 K   ::std::string s_;" J, I5 }, L' R  {3 m) z0 A
};+ l2 Z9 i5 N& ]# h% Q/ T
如果使用 ::std::vector<>:
9 E- D6 v% ?. g* \% [( ~- y3 L" G
0 N. l/ t7 a& I9 L$ D* A3 Istruct T+ s$ F* o" J- _. w
{! L' R( ]1 ]8 t. y  r( F$ [
private:, a0 X, A6 g2 c" u
   ::std::vector<int> a_;
+ U1 Q7 |2 h9 V, b+ Z$ }% m7 g8 S0 B   int i_;/ x) C" F2 _; h: t# X& z
   double d_;& J3 ~' O  y* K5 D7 j
   ::std::string s_;
- w7 C' ^# _! R  ]0 }# {* v  x6 ]};
+ h- @) a% C; B& c# O" y; H* u6 {  b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% e' q# [: \5 D9 D
T(T const&) 和 operator=() 中去相应地增减。
. [# G4 `0 \) i) j9 S1 [: Z4 b1 x, d0 R2 D5 n5 s1 G) L
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/ C1 y5 d' u7 }9 Y
::std::vector<> 上运行。例如:: T8 Y# n0 }7 H' _) _. I/ D/ r

- E8 }/ U; F: W6 Y5 jstatic int const init_vals[] = { 3, 1, 4, 1, 6, 9 };
2 f$ n+ o1 v/ M1 h& }, Mvector<int> a( init_vals, init_vals + 6 );
6 S4 P6 ?& T/ q; y*find( a.begin(), a.end(), 6 ) = 5;    // 把6改成50 L6 V2 W( m# A1 a
sort( a.begin(), a.end() );    // 排序。8 J' h" V1 b0 p. ]- ?9 E7 g0 s
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?5 Y# U* U  h* G7 }& [1 e" h) g
* K5 u. B0 J9 w- \- {/ a
CByteArray等的问题与 CArray<> 的问题一样,甚至更多(例如,CPtrArray,永远不要用)。# P! c% g$ u, K% j$ K* x9 ]

3 s  n$ m5 c# {- Z4 L: D+ f- e9 L同样,其他的 MFC container 模板,象 CMap<>, CList<> 等,都有类似问题,都应该用
) Q( D! T$ }: R! L::std::map<>,::std::list<> 等设计更好的东西代替。
( m6 G( |& [& \) a) d& g3 H+ i  I, g5 ~, _
2. ::std::vector<> 在哪里?
+ `' W% M: k/ d5 A::std::vector<> 在头文件 <vector> 中定义:/ {6 v8 ^/ ?7 Q6 m

3 S+ a7 P- W! F' N0 E(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>。)
  A/ Z$ \& I8 C7 o7 c/ ^+ v+ O, Q4 V1 Y0 {* ?
namespace std
' s2 ?) Q# D$ \" |0 y1 y{& |# i; v( M/ K
    template<typename T, typename A = allocator<T> >
, e' \5 ]. ]- b2 b    struct vector4 d* v7 s: P7 c4 w; j5 {$ L/ B+ Z
    {9 j. p+ x  o0 |' M& v2 Z! ~1 R
        // 具体内容稍后讨论  n# C% l: w2 y. p2 ]! B: X
    };
0 X  K! i9 r3 J
$ k6 D$ A4 Y8 ?' W( |, O
/ u* o* R. V, l9 }# M    template<typename T, typename A>
  |7 W. a7 ~" Y7 j        bool operator == ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );" M: b) N# w& W' {
    template<typename T, typename A>; S0 f4 }1 l1 G9 n# d6 `* T
        bool operator != ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );% e' Z* }4 m6 o
    template<typename T, typename A>6 H7 x/ ~9 X. h* R
        bool operator < ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );/ Y2 R8 z) n, K' S9 |
    template<typename T, typename A>
3 [1 Y8 ?& Y4 i  R" w, U        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );$ f+ d* ^. y) o
    template<typename T, typename A>
, d2 ?, k; n: l, n        bool operator > ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );  y2 h) W* y. w# d" \) h) M4 r
    template<typename T, typename A>3 b% W, }/ w8 t
        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );9 ^0 `$ R8 p. j5 R; p8 K; }" b
}7 Q2 e4 m( K- `! {$ H0 @
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:
) v1 L7 P8 R7 e3 `3 l" D# c5 E9 G* H6 H9 Y* }
#include <vector>
2 N3 s5 F! ?. w; o# Htypedef ::std::vector<int> IntVector;( f5 }( R  K3 `7 ^+ A0 z$ t
IntVector a;" a- c2 }  p5 z
IntVector b( a );) y4 Z0 {% k5 s6 [& \9 S! R4 W& ~$ M
IntVector c;; [' t+ t# Z. S$ k- Z5 u( `% a
c = b;" {2 r+ c' _: a$ d) p
assert( a == c );
& B# _5 U3 S! R. m5 o6 U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<()。
6 x7 L4 N# W* X2 h2 {, B* e' U/ N4 t/ u
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。* X' h6 y! M* M; @" `

2 Z, M' U6 w. Q9 j3. ::std::vector<> 中的类型定义
8 _: L' Y  t  j& yvector<> 中定义了一些类型,下面只列出常用的:
* O2 _' D1 e6 [3 u0 U0 }9 X8 `; a. Z+ X) ]
typedef T value_type;. K9 Q+ @6 c. J% f1 N
typedef T0 iterator;! F; [' k/ ^) q
typedef T1 const_iterator;* Z( g0 E) q) N( E
typedef T2 reverse_iterator;
3 z% q% y, A4 X' @/ n" u/ B+ n2 _% Xtypedef T3 const_reverse_iterator;
7 `( L  D. ^  A+ G
, A# ^( ~& q6 Yvalue_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。  W* ?) e$ C- W- ?  d7 S

4 O3 D  M! a/ |6 W( Biterator/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:6 t/ m" D0 [1 b7 w5 _/ X

- m. l9 u$ [" F8 U/ x- utypedef ::std::vector<int> IntVector;) }, p2 o* z6 C1 {: a. t! k2 W2 t
IntVector::iterator iter;# t% C. B+ @5 m4 f
IntVector::const_iterator c_iter;
5 J7 k* ?3 k8 J// ...
: p/ ^3 K! Q) I$ L++iter; iter++; // ok: increment, post-increment.) e8 m( N* J: o) g- I0 o
--iter; iter--; // ok: decrement, post-decrement.: p+ s1 F! |5 k/ \6 I
++c_iter; c_iter++; // ok: increment, post-increment.
- G+ Q: @9 K: G! c; ]--c_iter; c_iter--; // ok: decrement, post-decrement.
; B; D+ a$ t8 o  n. l*iter = 123; // ok.& w5 C) R1 S) Q: A1 d  [
int k = *iter; // ok.
& c& a- c9 X1 d  H2 J2 _4 zk = *--c_iter; // ok." C" C1 b- B+ b' J  E
*c_iter = k; // error.0 O& S4 E( l/ E- d' X3 h
c_iter = iter; // ok: iterator is convertible to const_iterator.
8 }' W+ |4 R* M2 n) \7 ?  Z) M0 B- Aiter = c_iter; // error: can't convert const_iterator to iterator.
4 F, H  x8 G9 O+ o. j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*:
6 h- h4 C+ h3 F* \9 \5 z! R1 w  q0 _9 \, _* W( ]1 c/ p
T* p = iter; // may fail to compile.
+ M9 n, `/ }# ET const* q = c_iter; // may fail to compile.
$ v4 ~" B) V& ]1 P+ e0 rreverse_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。
  d# X, ?" s* c, x0 U3 n  \$ Z$ f# e2 @; [5 h
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。& J/ c8 ]! A# m( Z$ q" g" s  b, r
' U9 g1 ~8 S- Z" W
4. ::std::vector<> 的构造
, }; F4 p7 a" F+ N2 Bvector<> 提供了以下构造函数:(忽略 allocator 参数)% p  U! z8 N8 i1 D" o7 X

! `- U6 ^6 o: k$ lvector();9 c" v! m# P+ p
vector( size_t n, T const t=T() );  b7 k1 R* ^$ u. F0 }& _
vector( vector const & );
8 Z0 `3 q1 u/ F5 ivector( const_iterator first, const_iterator last );) @( z7 U9 a7 H' |. H
1) vector();; D, U5 ?1 \9 R' A2 `
5 m8 ~. d5 C  F( |- r7 O( v0 m) ]
构造一个空的 vector,不包含任何元素。4 s  \, n" k, A/ S7 c: y
6 v  @! a2 }& ^
IntVector v1; // 空的整数向量。
: s7 q( @' }) o& ?: A4 i2) vector( size_t n, T const t=T() );
1 C. j' c$ t' d, @$ x+ P$ \# m: k% G' p2 w
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:; |/ S- N5 }! \8 Y$ n, Y/ e/ O, _

: }6 |9 ]2 R. `IntVector v2( 100, 1234 ); // 100 个 1234.! C+ t9 Q; r2 O( h" Y7 a  i2 ?
IntVector v3( 100 ); // 100 个 0。
! w$ i( B) u2 \3) vector( vector const& other );
5 j) R8 E# X) V# F5 t4 q
0 V- |1 x( i7 Q. k' H复制构造函数,复制 other 中的内容:
9 A) u2 E8 U) ]2 W% I7 n" A
2 k8 |6 h" C( A- q! \; h0 w: RIntVector v4( v2 ); // 100 个 1234。& g+ m! \/ U% A- h8 ^
4) vector( const_iterator first, const_iterator last );5 A* |& J% J! l, u/ h
) V: a0 h! Y2 K6 E/ l& t' h
事实上,这个构造函数应该为
9 P% ]1 K5 a# E. a" n' N. s0 |' Y' Q" M1 F
template<typename Iter>
  z. k+ c. n) q- i* K    vector( Iter first, Iter last );
; k: o' n7 \0 z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:
- w7 |2 X& Z" A- M. l2 _, f; i$ w8 Y2 K* q
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };, I% p1 F5 ~. Y0 Z
IntVector v5( a, a + 5 ); // {1,2,3,4,5}
6 X1 r5 N1 d8 c: JIntVector v6( v5.begin() + 2, v5.end() ); // {3,4,5}4 x9 x6 _3 D* U% X! _
5. 访问 vector<> 中的元素9 X. E" b' b2 r4 ?$ G% t. V
以下成员函数/运算符用于访问 vector 中的一个元素:
: ?$ h+ R7 Z2 x- }+ T% D. B( T: f
T& at( size_t n );
9 w) Z% Q! ?5 P+ C7 E( ZT const& at( size_t n ) const;+ l/ l0 U! a0 r$ l
T& operator [] ( size_t n );
. ]1 u( n; ~- ~& ?T const& operator [] ( size_t n ) const;
5 x7 G1 W* c& G( Y- e/ E& M, TT& front();, X2 Q# M' `5 X2 K/ j- g$ V
T const& front() const;! D1 u9 N2 P5 f1 v
T& back();0 k1 U7 G& V1 D4 O5 u, G1 P4 Z
T const& back() const;
9 |3 ]1 a+ J/ \3 `! w/ u) \* E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 G: ^$ l( O; f( L, o0 y0 K+ I
& I% T- F! \+ ^" E( Vat(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。
  X  V7 _/ R+ \/ E
5 q5 r- Z3 h, _8 W3 k8 K, G, |9 ]$ Kfront() 返回下标为 0 的元素的引用,back() 返回最后一个元素的引用。
! j3 f2 s# K/ T0 Q7 u  }' ~1 n
6 {# s8 p) q9 D; A. Aint a[] = { 4, 1, 4, 1, 5, 8 };9 J/ E" k, Z; @
IntVector v( a, a + 6 );3 w5 o& K' k7 ~* B; M  t
// 使用 front(), back():
" \) R+ P" g1 K" U1 a3 g: cv.front() = 3;
' N$ \0 v" K* g. P: E, F$ Sv.back() = 9;
/ N- }5 `+ V7 ~4 S+ A// 使用 operator [] ():* [8 z* K: I* _; Y! v- c
for( size_t i = 0; i < v.size(); ++i )3 Y2 V! c& l, L, y7 n# A! t7 F% z
::std::cout << v[i] << '\n';
& P# C$ ]8 Y: \! X, D3 N- P3 b# _6. ::std::vector<> 的存储管理3 K8 X+ D0 ?3 z0 C
以下成员函数用于存储管理:
* r% e& I/ |5 P0 m
" t% @9 C1 u$ p/ H( L  \- t  Wvoid reserve( size_t n );: H/ b7 u9 O, E! R3 ]) f2 ^- I) r
size_t capacity() const;
: [* J' J% X0 W- I7 yvoid resize( size_t n, T t=T() );4 o: _3 y) b. O; D# A
void clear();
8 u) H# Z, F% I, C& _size_t size() const;
+ \# g3 m! c( g6 R$ M" kbool empty() const { return size() == 0; }% m+ P* R- `; c0 @2 T
size_t max_size() const;
+ D0 R0 W, z7 P$ ^/ L
) H# Z: H" W) E! V& L' N2 }另外,push_back(), insert() 等也涉及到存储管理,后面另行介绍。+ ^4 @7 @  b3 x7 w* C! |3 f

4 I* m  r0 {! P8 }% O# R! t) E1) max_size()
0 ~' i1 `8 O' J6 |" t6 s$ p% C' q3 L. H2 }. m( v$ X! |' r! t
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。
! x. W( u' Y8 j, Q0 P4 Q  U1 Y$ N9 f0 E
2) size()
6 r3 a' x5 _; |. D
! V0 }8 e" }! i返回 vector<T> 中实际装的 T 的个数。相当于 CArray<>::GetSize()。
; ~( @5 \  p! v6 X8 ^& N! W" h; x( z3 g; f5 A. T9 W" i
3) empty()
- R+ B6 Y1 B! j. g) g5 s
6 q7 \" M. ?* q! D* R6 y如果 vector<T> 中没有任何 T 对象,返回 true。也就是返回 size() == 0。
. @2 C) Z9 Z/ O2 L% x) S. v
8 C" i1 z- S- c5 B% h0 ~, [4) clear();
* B& n# g& u. |7 U( `! r9 Q
& c8 ~" A5 [3 J& k, A  q- W2 _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()。% B/ e" T: V6 j4 N8 Q0 `' R8 A0 `  [
1 w3 E, x2 ?8 q3 r& s) ~  l1 b  {
5) resize( size_t n, T t = T() );
! O  V' `" |% A1 v& c- N- m0 ^
2 l& T' _! E4 ~6 }1 g) N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
" @# ]) @7 F% f( k1 n: 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。
/ Y8 t3 C5 p- n/ U9 `# w3 k2 b8 Q# Y1 l4 }  _4 \: c3 K
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。, P% ~4 }% i7 f- r2 i1 P

! z+ _2 f+ H, N7 W6) reserve( size_t n );* m7 ^5 n# _5 _5 r7 b8 n: Y
8 h$ B/ n- E. D) C/ x$ A
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。
9 j; S, h9 H' j- y. B' X4 L9 o# e" m- q4 c* z. N9 }( o
7) capacity();
4 g  K6 B$ R$ T, M
' e2 a, q; C% A8 x. y2 V/ m8 V1 F  {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。. h& C+ t1 X# ^. u
& y; V/ e0 q! S- c
vector 管理的动态存储空间是连续的。执行操作
. V5 L3 H7 H6 n: y3 U$ Z, t. s2 k7 [+ {2 ^
IntVector v(7, 1); // seven ones./ s+ ^& M& J# _' S; F. n% B1 N+ ?
v.reserve( 12 );! v' `  \# O* v& @4 F. Z7 ^7 f0 @
后,v 的状态可以用下图表示:
2 O& B2 ~2 I& a5 B) u
# g1 C$ x) v/ W1 P /--size()---\
3 Q( H' `  P: o2 y* `. T1 R+ r|1|1|1|1|1|1|1|-|-|-|-|-|
/ z4 x9 U2 n9 K. O. W \--capacity()---------/
) J3 \' g7 @% y: M( Y* u3 C7 V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
) }/ Q3 ~! }  J' g# w
! Y* {* e% }1 }' K% \" f+ nv.push_back( 2 );
  ?7 q: h4 l0 o* A# G' }v.push_back( 3 );& e# l8 H9 e! A' B3 }
后,v 的状态可用下图表示:
+ e" J# E5 E" u- `
3 I2 l% \, w( }" V, h1 ?1 l: h /----size()-----\: j& B7 j' W& j
|1|1|1|1|1|1|1|2|3|-|-|-|
5 A: X) k; u5 `3 O \----capacity()-------/
0 o  a# c* f8 ?4 @% L执行 resize( 11, 4 ); 后:
8 y  l7 {4 z0 `* B/ I5 H3 R7 B. H3 Z+ e5 n
/----size()---------\
. N( X* b! V2 d' B% k! x|1|1|1|1|1|1|1|2|3|4|4|-|5 P3 e  L3 ?2 h* Q
\----capacity()-------/
4 _) {/ s8 X, F7 F$ ~/ T& J3 Q& Fcapacity() >= 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:/ d- z1 q; z. l
/ G1 \3 {  \; X- H" B% H/ H
v[11] = 5; // undefined behavior - anything can happen.
9 |8 ~$ j$ R/ \: Z: s# [& Z# i7. 添加元素到 vector 中; R( j! @! h) G4 ^3 z7 S
下列操作添加元素到 vector 中,并可能引起存储分配:! d& D. M1 H+ q. V/ c, T
: V3 L2 x: O! W0 e. h. u  z; t2 Z
void push_back( T const& t );. o9 M) ~2 h' e+ l( y; v% H
void insert( iterator pos, T const& t=T() );' M) i8 E& J" b6 l% N* d0 q8 Y6 X  {. ?
void insert( iterator pos, size_t n, T const& t );
9 c4 x1 Z" M$ v+ T1 m% K/ Vtemplate<typename Iter>
" Z& |2 Z' R& V+ U! H2 i4 q    void insert( iterator pos, Iter first, Iter last );" Y* O" g/ q6 h  k  j3 q
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。
) A; R, U# x! S1 o8 I4 l3 P7 U/ c+ q: r* l; M: n
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。
/ O5 @& J$ ?% o6 D0 x$ ^# F* u& M( g. d
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。$ C2 o; h/ }0 h. h1 ~) z: P. U3 G

2 N/ I( I5 B  F- T! bIntVector v;4 I3 B$ u8 C# j- J8 |1 t
   . x9 v; R& B0 O! O
// add 0, 1, ..., 99 to v:% n9 t3 a; e3 r, c: Y0 v4 S
for( int i = 0; i < 100; ++i )
5 B5 h; L2 Y$ e8 y* Bv.push_back( i );
- `0 B/ u  x% S$ W" l   2 O$ Y$ T: \3 J! O. P
// append 9, 8, 7,..., 0 to the end:( r' v* x7 g- |+ R- m! e
int a[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };
7 r8 D* @: a; f& }3 x0 I, }6 G5 pv.insert( v.end(), a, a + 10 );
  P4 a' I1 ~3 U' F8. 删除元素
" N" [& ]# H9 Q  g) Z# E, u3 M下列成员函数完成元素删除:
7 @; T1 z+ L: J/ }' l) O+ D/ x3 o# D0 B- {8 ^/ f
void erase( iterator );
% A4 s+ o7 E# N  v7 T4 d0 gvoid erase( iterator first, iterator last );
" Z* X' d; A- F2 ?3 {void pop_back();9 |7 E( `: h/ R# h- n, I* `
void clear();
: [# l" L5 q8 ^0 K1 M' o6 k' a/ y这些函数分别删除一个,一串,最后一个,或全部元素。
# F+ a2 p* ~' r- l1 h( k8 E- d
# d; u. t. Y7 v/ A* R; yIntVector v;  \. b' {+ h" L
for( int i = 0; i < 100; ++i )3 N4 O  {2 U; p+ a0 y
    v.push_back( i );) _8 l8 y2 u, I) Z- m$ V
   
  p) m. b, |( G( R// 删除 50, 51, ..., 89:/ j2 q$ c/ G  @
v.erase( v.begin() + 50, v.end() - 10 );
5 Y+ z1 {: F$ F- g   
, U7 S. S8 @& ^$ X- X* j// 删除 49, 48:/ N( Y: k" y, g& x
v.pop_back();
7 U* Q: }- t1 [/ \# @v.pop_back();% ]* U6 F4 `2 W8 d" E  ?: |
   
; n8 H! H6 }9 u3 F8 o0 _// 全部删除:. C" u" K# u/ f. E8 V- A5 l
v.clear();
- c" b! J7 h7 j# G6 F, L注意,删除操作不会引起存储分配,因此 capacity() 不变。
( f/ s6 I: b: j2 {5 }
8 w% X0 A1 ?" N" _9. 作为序列访问 vector 中的元素
7 t1 a6 O& B8 m: C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。
- r; n7 A1 x; |2 ^( Y* z, L( i# v
( i, d5 O0 Q2 `; I; v“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。
7 G- t) E: Y0 e8 Y! ?$ T
4 C9 u( Q  P+ K% ^: |; t1 D7 x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。
5 p  Z' e! I6 ]8 n) C5 d" J+ H1 k* w* T1 R; ~
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:
3 d/ |1 J$ i" k# Z; y
, G, E- `! v7 K# q) w: Titerator begin();
7 P) Y" t; a8 w5 _iterator end();- u; E: J/ _9 l
const_iterator begin() const;2 L  T  G- k" j7 o
const_iterator end() const;- k: h  m: m' W  z$ r" q
reverse_iterator rbegin();2 L3 i3 Q# ~% X' i7 v- e
reverse_iterator rend();
$ ~) G" y  A5 v, g  F) M  E$ O2 a( xconst_reverse_iterator rbegin() const;
; ?1 H3 s# n9 L9 ~! F& D1 Tconst_reverse_iterator rend() const;) k' S( D4 t" m4 }
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:& m! O: n2 Y' P. `) z: F

+ l4 S1 j: f6 v( `) a0 o  Z- e( O+ ^int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };
3 w: j# N. |% z+ y[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*。) i" K7 a+ S5 T1 _1 r( _, ~
9 `# j1 S8 v# z
[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*。
* Q' |# [; p+ i  R  W5 Y& h5 n; v6 \2 p2 `
IntVector v( 100, 1 ); // 100 个 1。& o7 y$ l$ j9 X8 w. N4 {
[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。4 [: l3 t' f$ d! g

. p8 O7 e8 N+ V& y[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。/ Q$ q8 r2 W0 E  d

0 C& a9 @4 M% G: s[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。! _; U) z: j% \! y. X

1 x( W# e6 c/ X1 q  t. d6 n[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。9 r/ c8 A! w  ~: X
! T" I7 c+ |" h9 K# C0 _
下图是有十个元素的 vector 的 begin()/end()/rbegin()/end() 的示意:, Z' K/ _: ~( L# U

" @) R: P! v  `- S6 Ubegin() ----------> end()9 a1 W2 t( Q/ _# |! a
  |                   |
2 i7 @& w9 W! l& h+ S( v# x6 W  v                   v
! h. r* G' v/ p* [) Y4 h |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|8 w4 c4 I6 Z& t3 Y
^                   ^
0 F: [* D! g1 M. L|                   |
( ?1 l' |! s/ e: Vrend() <---------- rbegin()  L1 V- H% X# t8 }# i9 A. I8 w3 H
   
& _4 @. z+ I4 _2 n, ]# hIntVector v;0 t1 Y* ?2 j) ?8 f" U2 [
for( int i = 0; i < 10; ++i )$ `* Q2 f' s$ A6 O0 w- p
v.push_back( i );; }: W. ^3 S( {% H+ b) y" g/ c. E
   ; }: `: Z$ n# Z0 k5 D
// print 0, 1, 2, ..., 9:9 `$ I7 D6 N& o! f9 P! ^
for( IntVector::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i )
0 S6 U, C; t: G; M0 @# P6 D; d::std::cout << *i << '\n';7 d  D- D7 `- Z% g! x: p
   : ~3 u$ o3 Q5 Z/ ^5 ]0 K
// print 9, 8, ..., 0:
5 P. Z: _, V" \* ~2 tfor( IntVector::reverse_iterator i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i )7 \  d4 X/ i: \' Z; D& B
::std::cout << *i << '\n';2 }" S& m# C- ~: e, \' q: }# _- r8 o
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:! T. ^- _; z; T; U& u. B  j3 A
& {& h( ?: @. l; l
::std::vector<HANDLE> handles;$ [# x+ H0 C' ^: G$ k9 D
handles.push_back( handle1 );6 H% |5 \8 c, _' d- H
handles.push_back( handle2 );8 ~8 ?8 a- b. u( h4 V0 w, s( X
5 B1 D( w0 Z4 ]% ]

  m4 y) p( A% q" i::WaitForMultipleObjects(handles.size(), &handles[0],TRUE, INFINITE);% J& f4 W" z+ }4 y) D/ H
这在与 C 库函数接口时尤其有用。# C$ A# T- w3 D. k# w

  |  U, \9 l5 @" o# v+ t10. 赋值和交换: P* \# w6 m/ u# a& ^3 {* U# O
vector<> 是可以赋值的,这也是一般的“值”类型必须提供的操作:0 U3 ^' {6 z5 ^  j5 ^; s

! a; O' E3 y0 X$ UIntVector v( 100, 123 );  F2 @- F! x! F; m) ^8 h
IntVector v1;
) a1 f  S- ~* |: g% o5 [2 Yv1 = v;
$ `& j4 ]" K& s4 E2 f, R3 Fvector 另外还提供了
! [4 e( e$ T3 E* U6 d( I0 {1 o4 B3 u3 i: {% d
template<typename Iter>  J% O" a, n/ }+ E* E4 m& J
void assign( Iter first, Iter last );* V0 r& \8 p* L2 F- i
void assign( size_t n, T const& t = T() );
3 }7 M' v. b0 ]4 W( E+ |用于赋值:, J: ]0 [3 T! X
: ^+ T: C, e+ L9 P8 @; R# p
int a[] = { 1, 3, 5, 7 };
0 G1 w  S2 i7 C  x6 {4 r# [' F& N$ _v.assign( a, a + 4 ); // v 将包含 1, 3, 5, 7.8 Q6 J& i1 J7 \9 S* H( Q
v.assign( 100 ); // 100 个 0。/ O0 n# ?) x- f4 q
还有一个很重要的操作:2 O* a& ]' F5 L6 T

0 [$ b7 R- |9 [$ Bvoid swap( vector& v ) throw();
) q2 I1 u5 a2 ~) w8 M) I7 E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。
: s4 B4 P( `& c6 N' R9 t
9 d( `0 @% }9 C1 O+ r+ e7 @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:" X1 |* r; \- \7 h/ C

% V9 ~' \/ \6 `1 ostruct MyVal* g6 k  E) f! p9 }
{
' Q( I. ~0 K7 [7 G( D3 a- T  // blah blah.* x& k, ]4 V* G9 C
  void swap( MyVal& ) throw();
. U" m( W! D# P9 @( e5 \+ X};
1 ^% b% E+ C8 F# o0 f   * \( y, n5 s! n% T
namespace std {7 F8 U  o6 r0 Z! S* ^
  template<>
8 U! f3 t9 \$ c    void swap( MyVal& a, MyVal& b )
$ d; Q( B: i% C% G% @, R    { a.swap( b ); }& N0 d3 G5 @! ?, R2 Q- B% |& v* j8 c
}" s' o6 B3 t) x5 a: P
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。1 h- K: O% `$ H

9 \) o% q! \9 j; x' n' J% m11. 使用 vector 时的存储管理策略
( [4 k+ C: n, l/ J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:
$ B2 h) V) n# N* d
: S/ V  `5 Y; @IntVector v;2 t; p/ i0 i9 W$ s( h3 I0 [
v.reserve( 100 );+ c8 O' [. v. a- |3 U
for( int i = 0; i < 100; ++i )' x- q2 F, f# Z! o# ]6 ]8 L
    v.push_back( i );: C7 ~2 D& ~5 E" G3 e- I
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:
/ T6 ~0 ?; y5 \
: `$ V4 Y" W3 |7 N% TIntVector v;
7 B2 E1 Y! q( t9 c4 V+ Tv.resize( 100 ); // v 已经包含 100 个 0.+ a) C2 t, {7 ^3 g6 _
for( int i = 0; i < 100; ++i )
9 G2 B( B% A* N+ H    v[i] = i; // 可以赋值2 y. I7 B* n3 l4 [4 x; L
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:
" u3 Q) ~) [" K8 Z& C* f/ ~4 O( r& n% ^0 \0 b
IntVector(v).swap( v );! m0 y' c" p( w. S' L
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, K' p4 o/ _. A: I6 I* U& B0 S

6 A6 p, C2 w: rIntVector(v.begin(),v.end()).swap(v);0 q4 B8 C/ B6 ?) \1 A# 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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