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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:wangtianxing3 _7 r2 g+ u  v. ^- y  {" ^7 V8 o. s

# i% ^0 ^+ i& G9 |) n7 N" g. E原文出处:http://www.cpphelp.net/issue/vector.html
. {, C' h6 D4 k! F" b& Y# @# A  f  [
* B+ s7 f/ Z8 g1 |& i$ }
' f  l& b5 v5 Q5 T: r- `! ~7 U
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。
7 Q1 ]! a. C& L' Z9 @0 d" S- 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<>。( B9 L9 S4 a" _2 S% R3 f, C$ V' d
* B; t% j3 d7 {  D6 W- N' d: o/ B1 u/ A
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 B2 H" I. ]1 Q# K4 i
% u6 ]6 v9 U  q& ~& O5 {
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。# J" h, b1 w% Y. Z
$ N" O6 S  h; _% S* t
不熟悉 CArray<>/WIN32 也没关系,这里提到它们的地方并不太多。  F5 H! c2 E* F7 D
1 t( ^% o) X. D  y5 C" }
1. CArray<> VS ::std::vector<> ?
$ M6 N$ I" f; c$ ~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。6 i3 J. D) C6 m! i7 I7 Y4 G4 [5 }
# U; B) p  [0 h0 ^6 f
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。0 \" r! B$ G) ]: E

% a  r! G' O) v" b% I% R' e4 ~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)。9 d6 U4 u9 c5 O4 p/ z
$ O' d; q. J' Q9 Y- a
概括起来,CArray<> 与 ::std::vector<> 有以下不同:& b" E- f( H( r  K: m

( Z' t7 t) p7 L/ G+ t* R- l& s2 u1) 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。
" f3 F! u& P0 Q9 g- ]( j
8 ]" q/ i% \# G2) CArray<> 不是一个恰当的值类型,例如下列操作都是不合法的:
  W3 w) n: E% h- V. x
7 D5 B( k8 G2 r/ h' sCArray<int,int> a;8 `, w  q2 F; @3 H1 x! K
CArray<int,int> b(a);  // error, must use Copy().
  g/ ?: c' j/ V. r. Cb = a;        // error, must use Copy().. v# o# m$ W: d  ?) @
b == a;       // error, you must write your own.
& d- R0 @' |4 K( Sb < a;        // error, you must write your own.
/ r. L5 K7 j3 o0 C6 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。
# k. T) I' z7 [" z
+ D; s& W4 x1 I6 k此外,由于涉及到四个特殊成员函数;
. K8 @1 m1 z7 Q) F9 f8 h% e' m) h, e
T(); // 缺省构造函数(default constructor)4 ?; d& @8 Y0 @
~T(); // 解构函数(destructor)
' W2 U9 ?" g; t4 I, l$ |6 T) @  [2 H2 NT( T const& ); // 拷贝构造函数' L7 z3 B1 w3 K5 t$ \8 Y
T& operator=( T const& ); // 拷贝赋值函数: J( `' Y/ ^; S
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:- v( F- b0 J8 p: \' I7 r
# r! h3 B5 k4 M, j
struct T) {- ?) B; J% y. U1 [- a
{
  {8 s' d) e. p- L; e- H0 M. v! T   T() {}
( V; s& G4 E# x. }$ \   T( T const& t )4 K4 w- q! U  a! q
   {
6 Q; d. P( ]! S& m: {. ]       a_.Copy( t.a_ );$ W- ]) ]8 P% q+ P% y
       i_ = t.i_;4 {4 F6 L7 g7 ]/ U, C8 |5 G
       d_ = t.d_;* x: Q% D0 i# K5 R
       s_ = t.s_;
& W$ m( G6 i1 \7 M$ C1 G   }) u6 i# X6 O$ e3 `8 N$ \  h
   T& operator = ( T const& t ). }$ L) V# s' a: K, f$ A
   {3 {3 s% M; s9 j& [: E, N0 C! q
       if( this != &t )( T7 ^* O0 S7 h$ W. n. ?* U. w
       {
& @4 d( x" s( h7 k8 N% _/ Z* j           a_.Copy( t.a_ );, m5 Q- a3 |6 b7 A- ?( l# k. C5 D
           i_ = t.i_;5 M7 W& r- x1 h, k
           d_ = t.d_;$ J9 E% D3 Q: c  |0 d; z3 B8 j
           s_ = t.s_;6 X2 t" s# l4 Z$ R4 {
       }
3 R9 s' I* q( q6 N* p       return *this;
3 d1 a- w& \" |   }
- ]5 T3 ^/ x7 x# i# ~; Y0 lprivate:
$ N7 r* I# T4 W: x   CArray<int,int> a_;
' d( T* l7 U% p" g$ ^3 \. b   int i_;2 L( b# L2 y. j+ ?. n0 S) L
   double d_;6 |  R$ p$ Q- S, U2 C+ Q0 L/ h
   ::std::string s_;
% I" M$ ~( |5 p5 E3 ~};$ c* k! ^7 O) R" q0 w
如果使用 ::std::vector<>:8 g4 A6 v& W1 e& r( z7 P1 A

/ F! o& D) \) `. Cstruct T1 T( M+ G3 G+ Y
{% W/ E% @! |: g  o, D! h7 Q! B1 V: n( Y
private:
& v0 Z9 E0 T3 w4 ^8 Y3 E   ::std::vector<int> a_;& ^% T! e5 C& X
   int i_;
& c3 M2 q) ?: W8 h% Z6 m1 `" l% [   double d_;8 r6 ^3 t% J2 H( \6 X& q
   ::std::string s_;% H8 Q% ^( r4 @- g6 ?7 @3 ~
};+ v) Z/ I/ c3 N* Z
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
# D( N  Y& I8 `T(T const&) 和 operator=() 中去相应地增减。! Q# g( p9 B# f# p0 {' Z
# n5 q+ N# f( Z* t& Q9 M$ h' E+ F
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
* |' D' J7 `' p8 [+ D::std::vector<> 上运行。例如:
8 O0 h* `- [# v9 x" u/ ]! o$ s0 Y
static int const init_vals[] = { 3, 1, 4, 1, 6, 9 };
7 o8 e+ p8 N, ?3 H$ ]% q7 [vector<int> a( init_vals, init_vals + 6 );
' Y2 z1 M5 @0 \& i/ {2 _: C4 a2 R*find( a.begin(), a.end(), 6 ) = 5;    // 把6改成5
, X) V" U0 p7 _5 E! J) I  C8 `sort( a.begin(), a.end() );    // 排序。, i4 _# _+ ?$ |
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?
( P5 f' Z7 g0 w+ s
' `: p1 W4 O: j" PCByteArray等的问题与 CArray<> 的问题一样,甚至更多(例如,CPtrArray,永远不要用)。
& R) s! c- [! g$ d# L$ S
/ F( y1 b4 n# [2 j" o* c同样,其他的 MFC container 模板,象 CMap<>, CList<> 等,都有类似问题,都应该用
( X9 u& {" C0 s) f4 W::std::map<>,::std::list<> 等设计更好的东西代替。8 x% o  \$ Z. t7 V* ^6 Q8 U

8 c7 ^) p5 l  F6 b2 u2. ::std::vector<> 在哪里?
, ~+ [8 h1 |- ~) s::std::vector<> 在头文件 <vector> 中定义:
, @$ S( r" f+ e) u. O$ Z  K4 E5 s
- C& G" v5 c3 y4 r4 `% t(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>。)% d. b! g" l% z$ B5 z
' @$ W& P3 u! q* n
namespace std 4 \+ _# y# O# @5 z: w
{" J; w2 C) H- O6 ~' Y- m$ @
    template<typename T, typename A = allocator<T> >0 M$ i$ D; T/ A' C5 A: i
    struct vector8 I4 a2 @6 J9 K% X, o" j
    {
2 }8 E* M# t# ~        // 具体内容稍后讨论
+ @& c3 n# c( b! a/ _    };, _. u! e) ?8 J' b9 T* Z

; {6 F* }2 S- R
8 I1 {# _- _, o  c1 y    template<typename T, typename A>) w) c1 i3 w6 }
        bool operator == ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );* t( q: z/ {: _; x1 [
    template<typename T, typename A>+ @3 Q1 J' i- ?, P2 R7 H
        bool operator != ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
: |! T! a% H% O9 v! n4 R) D* n    template<typename T, typename A>7 r# P+ ^' G+ v' W
        bool operator < ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
% Y; c. p% D; r3 m5 ~4 K' `$ y    template<typename T, typename A>
- @* ?; U, i( p9 a, ^        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );
' E: y+ A9 \( c! i& w; I1 I# r    template<typename T, typename A>* {# ]/ J6 O$ Y) _1 c
        bool operator > ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );0 ]* T) P8 ^8 H! ]) C
    template<typename T, typename A>+ P' {8 E% k6 H. t( j. |, D
        bool operator >= ( vector<T,A> const& a, vector<T,A> const&    b );' m- M4 D7 P1 Z$ B
}
  U& U' {" L1 X* r! q. s  Avector<> 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:. D, x/ q8 h; S: h# l- {

3 f/ F2 u2 G1 G3 G/ r" u#include <vector>
9 g4 R* I: W( ]/ T' G2 `, }3 ?6 Itypedef ::std::vector<int> IntVector;# n1 g! ~  N) q3 c. j
IntVector a;; P$ }+ M: P. J! c! h) M
IntVector b( a );
8 f- r/ V: [( C) ]* ~$ Q. c( pIntVector c;& Q; M1 K, q+ E( M' P' T
c = b;
0 P+ n' d" r* v/ Y# a- d/ Passert( a == c );6 R  `- r4 B5 k" u- u# o2 f1 B1 {: m+ v( s
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<()。
2 D+ t; u& l& _  P( ?$ H3 t, M3 N( x/ v1 j& d
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。
  k7 S* r4 v* A8 Y- k! Z7 J3 J2 ?: ^: J! G5 O) [
3. ::std::vector<> 中的类型定义$ T( i  Z! S# V( I8 G1 b  T. ^2 ]+ ]
vector<> 中定义了一些类型,下面只列出常用的:# B$ D1 H7 h& g. j  K6 t( T* R, J
4 J% h0 }  X# M; _! d' P
typedef T value_type;
$ [, e+ `9 Y/ dtypedef T0 iterator;
" F: c' s/ M1 T; g9 [* Ztypedef T1 const_iterator;, l" X( a- Y, ^' a- h7 h2 ]
typedef T2 reverse_iterator;
' i5 E- e' x- m# Y7 W  X. Jtypedef T3 const_reverse_iterator;
: f1 Z% P+ r3 d% n
. n6 l% O, _; Y% L9 Q: nvalue_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。
: s. [+ ^8 b1 g6 I
- J7 L. G/ j3 }3 J* r* }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 |$ T& W% n/ g2 H
# p8 E( H7 [" vtypedef ::std::vector<int> IntVector;
# I8 J1 j9 R. P, {IntVector::iterator iter;% K: W0 @& d: K" ^  b6 K+ a
IntVector::const_iterator c_iter;
1 ]& K) F0 r3 {3 h, S// ...
+ x& W: s4 b5 |: ]1 K$ L# P++iter; iter++; // ok: increment, post-increment.
* ~0 j% w: j+ f--iter; iter--; // ok: decrement, post-decrement.
: `" X0 O- u* n' p++c_iter; c_iter++; // ok: increment, post-increment.- x2 i, s! B7 X7 l6 x8 g& n: W1 f
--c_iter; c_iter--; // ok: decrement, post-decrement.
) D2 N6 W# d7 d! |*iter = 123; // ok.$ K9 X) P1 t9 [( [
int k = *iter; // ok.- X6 \( u, k: @1 X1 X( f) K# ]) C& v
k = *--c_iter; // ok.; u$ l7 L; h3 x
*c_iter = k; // error.
9 w& n% F; \) u* ~0 Zc_iter = iter; // ok: iterator is convertible to const_iterator.3 G' P4 `; Q0 [7 l
iter = c_iter; // error: can't convert const_iterator to iterator.% `4 _1 _2 x5 N5 y0 K7 E
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*:0 d+ J! N8 \3 Q. k! B* A

4 q3 L9 J9 m# B- K2 xT* p = iter; // may fail to compile.& K0 g% z5 u1 V6 H5 ]9 I
T const* q = c_iter; // may fail to compile.* J4 |) m5 Y3 b, u8 g
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。* ~, Q+ G/ \$ {2 w" _  `
. T6 J8 h- n9 Y1 o; T! w( K
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。9 B1 r4 w" V$ D+ x4 d0 |

$ m* Q' I# V2 N; Q6 ^$ s( s4. ::std::vector<> 的构造
  ]- I* C0 g9 a  H. Evector<> 提供了以下构造函数:(忽略 allocator 参数)* }$ S3 u2 \* ~0 n- J) V9 |  _
5 o& X8 V4 B" x* ^
vector();+ Q) i5 B5 |2 O/ o: @: ~& F/ P' [# u' u/ {
vector( size_t n, T const t=T() );
5 j" H+ Q2 j' k* l  hvector( vector const & );
+ j% ^. x; b- t# a4 l7 Lvector( const_iterator first, const_iterator last );9 D: n: [( N! z7 \: _2 T6 }
1) vector();& _  {2 ~5 O4 D* ^6 v

6 |" E' y( p9 S3 R- K7 e1 u4 M构造一个空的 vector,不包含任何元素。5 W+ D1 D9 o" S' }6 ^

( y$ X3 m. X0 GIntVector v1; // 空的整数向量。' p! l& z1 h  ~) b
2) vector( size_t n, T const t=T() );8 p1 g$ P& s7 u) U
/ o) v8 |3 ]" x+ b- G: J  F4 ]
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:
9 |4 `7 T4 P. N+ z) X/ c
, F# U! _; I6 ?* v# YIntVector v2( 100, 1234 ); // 100 个 1234.
6 c9 v& \3 b. P, LIntVector v3( 100 ); // 100 个 0。; a% @7 Y% J2 L
3) vector( vector const& other );" r5 @& _% |$ P4 ?# a7 {

# x9 m. t# ~; \$ H- y6 g/ o* y复制构造函数,复制 other 中的内容:
# ]) G$ D" K3 G  m5 j$ o! w' ~: S9 v; Q
IntVector v4( v2 ); // 100 个 1234。
7 q$ O/ p0 O. @& T* L6 S+ w4) vector( const_iterator first, const_iterator last );: O& W4 H7 W7 P9 p0 s% N: @) j
1 T( F! c7 [9 H2 D
事实上,这个构造函数应该为
8 W+ j8 j: Y: u6 M, Y# @1 ]) V* K  [: U0 A/ ^& M$ Y
template<typename Iter>- O7 u8 x) N: f  f) D0 g$ M
    vector( Iter first, Iter last );
; X$ f: M% o5 K  W) Z' }3 Q1 I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:
7 l  z/ D! G' w3 O7 j6 P! d* f+ ^+ C" d* _0 U$ o9 a# e
int a[] = { 1, 2, 3, 4, 5 };
; v. e6 f; o8 c& U7 D. Y7 CIntVector v5( a, a + 5 ); // {1,2,3,4,5}, v6 l/ s0 K9 k4 q3 n
IntVector v6( v5.begin() + 2, v5.end() ); // {3,4,5}
7 ~7 K) r7 h1 g4 T, p( H* r5. 访问 vector<> 中的元素  S4 q  E. G) @  W: ^" @
以下成员函数/运算符用于访问 vector 中的一个元素:
: l/ C% `. L. f# i2 U+ P2 j5 U. |4 d
T& at( size_t n );5 {8 B8 E. l$ }0 W: Y0 l
T const& at( size_t n ) const;
3 o3 X5 }& L; L! u2 {5 |- v9 N4 WT& operator [] ( size_t n );
3 `* a8 }) G# G! w. Y/ qT const& operator [] ( size_t n ) const;
* E  E9 j  b/ e  j# z2 vT& front();$ A* ~9 \- N% w5 F& M
T const& front() const;' D! D) g3 E  c1 u% t4 {2 ~
T& back();
% d/ ~8 }6 |# E4 X, x6 ]T const& back() const;
1 ?$ |& o( ?( S& 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。( p* m0 d8 r, `4 ?% X

. C+ _1 g3 O# h0 ~at(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。
! R% Z: f! \' o
/ s  l, A% K  t0 K4 r, Ifront() 返回下标为 0 的元素的引用,back() 返回最后一个元素的引用。7 w6 n  _7 I! Z+ \

- c# \! j- F7 Yint a[] = { 4, 1, 4, 1, 5, 8 };: o5 c5 U/ M- m7 x0 i( o
IntVector v( a, a + 6 );8 j) k1 Y* R6 a5 t% Q' B$ N: T
// 使用 front(), back():
* @) ~  F" ^6 C) zv.front() = 3;
6 e; k6 V  x) J8 dv.back() = 9;& `. ]1 n( N, C9 h$ {2 V5 d
// 使用 operator [] ():* W; w" c; L% y$ B; u/ n
for( size_t i = 0; i < v.size(); ++i )
9 D$ @7 u. U9 g: u7 B% a::std::cout << v[i] << '\n';
# u( S  l6 U$ y% N' ]& I( L6. ::std::vector<> 的存储管理- n9 @7 i/ t' G; i) l9 p
以下成员函数用于存储管理:* E3 z& P2 }1 ?( Z$ _

+ V/ w/ j% d2 ]( d4 Cvoid reserve( size_t n );+ F( m! ^- @% Q* c( t: P( i/ J
size_t capacity() const;0 L+ Q" Z6 K8 H( p+ F% R" j
void resize( size_t n, T t=T() );
' T8 @; [* J' z7 h2 lvoid clear();8 [& N* i! Z& p  f0 p+ k3 V9 M
size_t size() const;# U' }; s- f9 v  D
bool empty() const { return size() == 0; }
% r7 m$ q# y/ f8 _5 N2 ~& [size_t max_size() const;- X, I, G0 N' `$ b) L

6 {* {1 g% h& }. r- b另外,push_back(), insert() 等也涉及到存储管理,后面另行介绍。
, D* B* t( k* Q. u
( X9 z+ ~, R+ `8 @$ W3 H- ]1) max_size()
4 ]6 d- w3 ]2 k% H& o) I7 f$ l+ k+ n
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。' @6 |4 s: c% I: `8 i' B: s

: D( k' u! b8 x2) size()/ a  p) |( |3 \# c! d9 Z; c

6 U) N, k7 M2 w' B返回 vector<T> 中实际装的 T 的个数。相当于 CArray<>::GetSize()。
) h' M# W6 |) P* J+ Y9 t
$ j9 ~/ e8 \) V# s7 v3) empty()
; b) N! k2 w8 a8 W% ]" G+ H4 v- I+ f3 E& i9 Y6 `9 s- E2 H
如果 vector<T> 中没有任何 T 对象,返回 true。也就是返回 size() == 0。+ H. J  J4 w# I
! \; ^& u! o5 Z
4) clear();- H" @  G, N2 r- ?

' c( {9 d; M; D" n# j# [/ x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()。
: G6 h3 _" b( a7 m. @$ T: S+ A( I+ q/ \4 Z4 X8 o6 i4 y' `1 q! i
5) resize( size_t n, T t = T() );
) Q/ i4 K' _. {8 g* i' {! ]
. V. @/ O/ D- U/ [5 k) G+ y2 ?. k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  ]& C) z8 p: s/ D: Y4 m( y. Q
n - 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。( Q. t: f6 _. Q) d! p* w

9 a. @2 F! ~& e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。0 m* t9 T& B' ?# g' q/ T
$ M! z6 d* [/ y
6) reserve( size_t n );
: ^# l6 ^8 e9 q. \* b
$ L; E1 w( o# W( Z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。
2 V  R- }2 L2 e4 m. E5 [" y3 e5 n  J
. A6 N% S( y6 y: ~" b# L$ E+ N7) capacity();; \: z$ o9 N2 A+ ]

0 n4 ~% t7 Q' [  M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。2 `8 [' W; G) S, {% L/ E' U
8 W; v) x* \& `; n
vector 管理的动态存储空间是连续的。执行操作0 E* q+ g4 [: A1 m9 [9 h# E  z0 E
" D, I: s4 c% k# v5 g% J2 ], o
IntVector v(7, 1); // seven ones.
# Q, s. y! {  I5 zv.reserve( 12 );, ^+ ^) f: a, l
后,v 的状态可以用下图表示:: J& w$ f* |1 b, i/ A# Z2 o

. }7 f6 S( e, J; `! D& g /--size()---\
* r9 u6 f4 @6 u$ q|1|1|1|1|1|1|1|-|-|-|-|-|6 s% F& p" n3 V% @
\--capacity()---------/
5 `1 w' j& S) L# D! ~$ [7 L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
1 D/ j9 t/ K6 D( e. k: v2 x# `0 f
3 E0 k- N% `4 I- s  [6 o+ \  y" Yv.push_back( 2 );
6 G; W: b0 |) z+ [1 Gv.push_back( 3 );! M9 w3 r5 N! \) h3 g6 c. j+ z
后,v 的状态可用下图表示:
& ]& D+ a# u. R# I9 p- `' X1 n6 l2 {9 V3 y& A
/----size()-----\0 x" s  d- }0 x# F- h
|1|1|1|1|1|1|1|2|3|-|-|-|
, T7 B0 z7 I+ [0 T' j9 M. d7 z \----capacity()-------/# n& a2 b# J$ {
执行 resize( 11, 4 ); 后:) h7 T9 q) ]; J! S+ a
6 G" b9 Z( H( [8 W2 d
/----size()---------\
& H' x8 C8 t4 o% B+ \$ W|1|1|1|1|1|1|1|2|3|4|4|-|
% ?8 {$ A) R% w* K3 b \----capacity()-------/
2 G/ z1 T$ s3 _% @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:0 w3 g$ P) p" o( H7 N; W( B
3 [7 a2 L- c% [3 P5 v# y- s
v[11] = 5; // undefined behavior - anything can happen.( d0 u6 M0 g+ v9 d: @
7. 添加元素到 vector 中
% {9 _3 R  P& C! t. q下列操作添加元素到 vector 中,并可能引起存储分配:7 P6 h( p9 z! u2 B5 W4 I7 M6 A7 s. F

- _' S" p2 B6 }8 I3 O" [void push_back( T const& t );
+ ^: G) @5 K/ r! f8 \# R6 S1 R  F& wvoid insert( iterator pos, T const& t=T() );
& k' u/ k3 j, L& \. X6 s1 r( ]void insert( iterator pos, size_t n, T const& t );
/ c$ B$ V$ k3 a/ R  I3 q& itemplate<typename Iter>7 b( n. g1 R, l8 v/ ]) t- z
    void insert( iterator pos, Iter first, Iter last );
7 [/ w9 }$ s8 g1 c# _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。
( s" }4 ^# Q" t% b4 O: L$ W
: D: R* P. f' _8 b( 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。6 l) r# ]% R" O: D2 f! I
" N& l6 D& V4 I6 K, X& H# ]7 r
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。
2 Q; J: Q  n0 b0 x* x9 Q2 e: C( }8 j" ]4 t
IntVector v;) U. ]4 @! i4 f8 H% O5 q
   
3 J4 H* l, P) k// add 0, 1, ..., 99 to v:5 s% Z. r) ~) V* }/ R" L
for( int i = 0; i < 100; ++i ). e$ N) C" F% H7 y: J
v.push_back( i );
# _# ], ^: n+ `* I: I0 d" L" U. L   * e0 |: [) o1 o- l# V$ t
// append 9, 8, 7,..., 0 to the end:
, c6 P2 [9 n: w3 ]1 Uint a[] = { 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0 };
. y! g; d3 z. I3 r1 s9 B# Av.insert( v.end(), a, a + 10 );* O7 ~. ~- `5 L6 {! u/ m
8. 删除元素9 r5 @" J9 w1 m% g0 e) U
下列成员函数完成元素删除:0 t) C# L' I3 g7 J% y, I. X

, M1 F3 t. Z5 M6 G! B7 P! rvoid erase( iterator );6 q3 M1 [! r3 e% a! _
void erase( iterator first, iterator last );" n+ d1 G9 M0 ]
void pop_back();
1 D# w5 I& N" Q( j$ Z7 b: jvoid clear();
' Q! H* v/ M+ V( v& ^这些函数分别删除一个,一串,最后一个,或全部元素。4 X6 f1 \# i7 V# K

3 P( h( O: r4 z5 i/ dIntVector v;) V/ T' ^$ V0 ?
for( int i = 0; i < 100; ++i )
0 f. z2 t: R7 Q( O; h+ |9 R    v.push_back( i );- n5 o" p9 f* ~
   
5 `) ~) x3 V% k; z// 删除 50, 51, ..., 89:& F4 U! L( i5 j) e$ F
v.erase( v.begin() + 50, v.end() - 10 );1 z3 w* p: X" Z  u
   
/ q: s  Y( E$ U8 z7 g+ T$ o// 删除 49, 48:
. X, [( c) Z" q9 Y2 q2 \v.pop_back();
  Y7 l( U) q% D/ ]1 z8 P6 L' Hv.pop_back();
  a/ F) P8 D5 g2 d   9 L& S9 c" _8 n; l5 Y/ h
// 全部删除:
. k# q8 ~" v2 Xv.clear();, f$ S; |0 v( h! i+ F
注意,删除操作不会引起存储分配,因此 capacity() 不变。
8 r" I; _  ?# i! M( K) {) Q
( ~  `1 Y8 D. U& O7 H$ O9. 作为序列访问 vector 中的元素( E4 S2 V5 W* I; Q7 Y
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。" k  x0 r9 _1 H
$ T3 Z/ b5 [, f' Y4 p2 t) U: X
“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。
4 `; O, o8 _2 F" p2 J$ j# ^
4 F2 ~: R1 B" ]- }! i: Z" }) x- v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。- ^0 m, R) i0 p- G' t3 A. v

: a4 F! }1 m1 B8 `. _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:, S" x; `( X/ `8 B( i+ p, s, n

6 E# h0 U) n" y+ g; B# xiterator begin();6 K) D, x6 {; m
iterator end();
# E' o* M( I5 K6 cconst_iterator begin() const;
4 o) d6 R% b# o6 e; \! Qconst_iterator end() const;
5 B" q% k8 W  P3 o8 K) Greverse_iterator rbegin();3 J9 J+ h0 I# t; [- @, J9 \
reverse_iterator rend();: w: ?' B- V4 [
const_reverse_iterator rbegin() const;5 N9 h; K2 Z/ c9 b4 V* g
const_reverse_iterator rend() const;
4 s( [1 F0 q. m* b$ N! i& I4 J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:9 X' T5 Z* r+ t& G

% t9 z7 l! d; |7 B" gint a[] = { 1, 2, 3, 4, 5, 6 };9 D; \5 g3 [/ y5 d9 b7 ?1 W
[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*。3 g: s+ t! D1 S
, ]& l/ b: |5 P# x" w* E
[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*。
5 Q1 p6 q& ?5 Z8 T& U# r, K! ]4 B. L/ K) e
IntVector v( 100, 1 ); // 100 个 1。
) P# z) @, C$ h1 ?[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。
. ~) f/ q1 g' I9 f1 F1 y/ {- R# z6 p! B
[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。
8 l' k- e4 M3 i5 t0 b( _; S+ Z$ J
8 `. m1 p% S8 j6 t[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。" {/ c) B4 R/ b) K

. @9 W) R) w7 n5 x; \' ~. X[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。
. O! T# j2 |, `; @  P. D& Z+ i: w, U9 r/ v) L/ K, x7 c
下图是有十个元素的 vector 的 begin()/end()/rbegin()/end() 的示意:
" n, U, \$ S5 g$ y# B  \( v8 y( d
begin() ----------> end()( n2 W* [0 H$ Q; a+ Q* z" _
  |                   |" k% ^+ n1 ^/ q, M  b
  v                   v
2 ?% h5 [- o- {: F/ }4 Z |0|1|2|3|4|5|6|7|8|9|" j6 j8 E! \& F3 H5 L! c
^                   ^1 y! x% L9 j& W9 z8 t
|                   |% I* e) B8 R" b& c( S
rend() <---------- rbegin()
" d  j7 I8 q8 R9 s2 D! l8 M/ x   / l% ~  Z" ]% N: X& E1 F
IntVector v;
$ W) J0 t: Y4 B) Gfor( int i = 0; i < 10; ++i )9 p& k* X" `! d0 _3 n
v.push_back( i );
4 U  N' d2 Y7 P8 W% s   
& o4 a. V! f) l1 @: q// print 0, 1, 2, ..., 9:  a1 m, ?/ H; V# y& K3 E
for( IntVector::iterator i = v.begin(); i != v.end(); ++i )+ c0 t# E/ H( a2 J+ b3 ~
::std::cout << *i << '\n';/ u, n5 _1 g- \) _8 ?$ I5 e" [
   ( @( p  J" G2 K( r
// print 9, 8, ..., 0:7 _/ X# `5 I3 g. c8 }0 {
for( IntVector::reverse_iterator i = v.rbegin(); i != v.rend(); ++i )
( @9 m. [. E5 K::std::cout << *i << '\n';9 a5 s$ x  @+ |: [2 f
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:; c" t+ B. n! a' A
, w& A- [( B, I8 Q, Z/ P3 @' \, s# ]
::std::vector<HANDLE> handles;
. g& h2 i  ]- I0 h$ t$ x; l3 P) Ehandles.push_back( handle1 );9 I9 R8 N! I: v
handles.push_back( handle2 );
; I( P2 }$ [) d5 {3 B( ~+ K3 `: b$ s' q0 H+ r6 x! I; ?1 U6 K

/ n% O+ R! }% \8 T6 @::WaitForMultipleObjects(handles.size(), &handles[0],TRUE, INFINITE);
) E1 Q6 l: D- o) `这在与 C 库函数接口时尤其有用。8 Q2 l) }4 j) L% G
5 R! j/ y3 Y0 y" d. F/ s; n8 V
10. 赋值和交换3 ]7 _" G/ l& e. u  A) }
vector<> 是可以赋值的,这也是一般的“值”类型必须提供的操作:5 ~& V0 q% d) ^! k
% b# ^* t3 S% G# L1 k' a
IntVector v( 100, 123 );
6 X. ]6 j1 O0 L, O  z* z* h6 KIntVector v1;0 i$ ]" L6 r* S  {1 o; m# ?0 @7 K$ m
v1 = v;, t  B' z! z% o+ w
vector 另外还提供了7 D9 s9 |& Q& z: e- k# p

7 l3 c0 {% {7 _3 S" Ktemplate<typename Iter>
  ]% ?: B. ?  y6 p# w  n* W- vvoid assign( Iter first, Iter last );
$ _% {# l2 o( ^8 [6 O$ A: [2 M2 q. qvoid assign( size_t n, T const& t = T() );# }7 A( f% h6 ?6 ?; M/ O+ Q) s2 y1 f4 v
用于赋值:2 T9 R3 d7 t9 h! d; F

! G# _' {, X9 l+ |! E. zint a[] = { 1, 3, 5, 7 };
7 l9 Z- H& t# y2 \$ h& ~v.assign( a, a + 4 ); // v 将包含 1, 3, 5, 7.# z- k7 w$ u2 A# E) @( ~8 m
v.assign( 100 ); // 100 个 0。% r3 h8 T6 S( r( x5 l, b* q
还有一个很重要的操作:
+ p3 {# `! C1 S# K: D) ~5 F/ {+ T0 Z6 ^' x: C
void swap( vector& v ) throw();. H, R$ y$ X7 z% @1 B
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。! V  ^; Y$ I- L5 z( C( L# \* {5 _
3 b7 Z. f5 G0 ]" A2 [  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:" l7 b! l; _# c- d' ^

7 e& n6 M. T/ u( _& p* mstruct MyVal9 X/ }( R8 J1 @  X7 M
{
: _/ n+ V* i# C% j8 s: W2 ]) A  // blah blah.& D, h  m/ K  p, p- {7 j2 `% V/ A7 w
  void swap( MyVal& ) throw();3 `/ ?% b  n& }7 O
};7 k7 X0 H$ \$ f  W
   ( o  `, q9 y) K3 l7 a; S. q
namespace std {! L- I2 ?& f$ P6 r1 p. O
  template<>4 @8 ^/ L- I9 C/ e: V% L
    void swap( MyVal& a, MyVal& b )
3 _& n& g. I1 k) c. _8 v7 B    { a.swap( b ); }/ t6 y; \: N1 z  `- ]) i
}+ f5 f8 n9 `5 U/ J
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。8 Y6 L6 _. P2 r9 n! `' o( i
( x8 _. e5 G+ \2 _' }5 Z
11. 使用 vector 时的存储管理策略1 S7 I9 F5 S# h. M  [# z$ T
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:
$ z5 Y! C+ O6 b' ^9 g
3 @# x1 _: X1 h$ i6 eIntVector v;7 C( N4 N$ F+ [: e9 f3 @2 a
v.reserve( 100 );4 G3 T0 W- z% L8 U0 a
for( int i = 0; i < 100; ++i )
  L! y3 {! B4 i' q1 n4 F9 W    v.push_back( i );5 r; p/ I$ _/ g5 _" m' E" l8 h8 b
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:4 I2 R" V' y6 _+ C1 r3 u1 Z

/ ]) D* h1 l; i* K% VIntVector v;8 x  ^' L# M* p# h
v.resize( 100 ); // v 已经包含 100 个 0.
3 m$ k3 v* Z6 g! K. [4 t) R( ]for( int i = 0; i < 100; ++i )
( A' l. Q, e2 q" m) o    v[i] = i; // 可以赋值. C6 R* t. w( D
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:+ h, Y7 s2 z1 Q" T' ~$ K$ c, E
+ E$ \6 O+ Q+ F5 o, z7 l, ^
IntVector(v).swap( v );
. m4 {% E/ B9 {* }1 o8 ?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# U2 t/ r; @3 `. l# `! r

1 M) w9 s+ q! ^" V. P. v  l: yIntVector(v.begin(),v.end()).swap(v);6 x4 R1 b/ @6 _4 }. X& c
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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