C++中vector容器的注意事项总结
时间：2022-11-16 09:14:47 | 栏目：C代码 | 点击：次
容量（capacity）和大小（size）的区别
vector 容器的容量（用 capacity 表示），指的是在不分配更多内存的情况下，容器可以保存的最多元素个数；而 vector 容器的大小（用 size 表示），指的是它实际所包含的元素个数。
对于一个 vector 对象来说，通过该模板类提供的 capacity() 成员函数，可以获得当前容器的容量；通过 size() 成员函数，可以获得容器当前的大小。例如：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
std::vector<int>value{ 2,3,5,7,11,13,17,19,23,29,31,37,41,43,47 };
value.reserve(20);
cout << "value 容量是：" << value.capacity() << endl;
cout << "value 大小是：" << value.size() << endl;
return 0;
}
程序输出结果为：
value 容量是：20
value 大小是：15
结合该程序的输出结果，下图可以更好的说明 vector 容器容量和大小之间的关系：
显然，vector 容器的大小不能超出它的容量，在大小等于容量的基础上，只要增加一个元素，就必须分配更多的内存。注意，这里的“更多”并不是 1 个。换句话说，当 vector 容器的大小和容量相等时，如果再向其添加（或者插入）一个元素，vector 往往会申请多个存储空间，而不仅仅只申请 1 个。
一旦 vector 容器的内存被重新分配，则和 vector 容器中元素相关的所有引用、指针以及迭代器，都可能会失效，最稳妥的方法就是重新生成。
容器扩容的本质
vector 容器扩容的过程需要经历以下 3 步：
- 完全弃用现有的内存空间，重新申请更大的内存空间（一般是原空间的1.5倍）；
- 将旧内存空间中的数据，按原有顺序移动到新的内存空间中；
- 最后将旧的内存空间释放。
由此可见，vector 扩容是非常耗时的。为了降低再次分配内存空间时的成本，每次扩容时 vector 都会申请比用户需求量更多的内存空间（这也就是 vector 容量的由来，即 capacity>=size），以便后期使用。
emplace_back()和push_back()的区别
vector中可以用来从容器末尾添加元素的函数有 2 个，分别是 push_back() 和 emplace_back() 函数。
push_back()函数的功能是在 vector 容器尾部添加一个元素，用法也非常简单，比如：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> values{};
values.push_back(1);
values.push_back(2);
for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
cout << values[i] << " ";
}
return 0;
}
运行程序，输出结果为：
1 2
emplace_back()函数是 C++ 11 新增加的，其功能和 push_back() 相同，都是在 vector 容器的尾部添加一个元素。
emplace_back() 成员函数的用法也很简单，这里直接举个例子：
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
vector<int> values{};
values.emplace_back(1);
values.emplace_back(2);
for (int i = 0; i < values.size(); i++) {
cout << values[i] << " ";
}
return 0;
}
运行结果为：
1 2
emplace_back() 和 push_back() 的区别，就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）；而 emplace_back() 在实现时，则是直接在容器尾部创建这个元素，省去了拷贝或移动元素的过程。（可以看作是零拷贝的实现）
为了让大家清楚的了解它们之间的区别，我们创建一个包含类对象的 vector 容器，如下所示：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
class testDemo
{
public:
testDemo(int num):num(num){
std::cout << "调用构造函数" << endl;
}
testDemo(const testDemo& other) :num(other.num) {
std::cout << "调用拷贝构造函数" << endl;
}
testDemo(testDemo&& other) :num(other.num) {
std::cout << "调用移动构造函数" << endl;
}
private:
int num;
};
int main()
{
cout << "emplace_back:" << endl;
std::vector<testDemo> demo1;
demo1.emplace_back(2);
cout << "push_back:" << endl;
std::vector<testDemo> demo2;
demo2.push_back(2);
}
运行结果为：
emplace_back:
调用构造函数
push_back:
调用构造函数
调用移动构造函数
在此基础上，读者可尝试将 testDemo 类中的移动构造函数注释掉，再运行程序会发现，运行结果变为：
emplace_back:
调用构造函数
push_back:
调用构造函数
调用拷贝构造函数
由此可以看出，push_back() 在底层实现时，会优先选择调用移动构造函数，如果没有才会调用拷贝构造函数。
显然完成同样的操作，push_back() 的底层实现过程比 emplace_back() 更繁琐，换句话说，emplace_back() 的执行效率比 push_back() 高。因此，在实际使用时，建议大家优先选用 emplace_back()。
emplace()和insert()的区别
insert() 函数的功能是在 vector 容器的指定位置插入一个或多个元素。
下面的例子，演示了如何使用 insert() 函数向 vector 容器中插入元素。
#include <iostream>
#include <vector>
#include <array>
using namespace std;
int main()
{
std::vector<int> demo{1,2};
//第一种格式用法
demo.insert(demo.begin() + 1, 3);//{1,3,2}
//第二种格式用法
demo.insert(demo.end(), 2, 5);//{1,3,2,5,5}
//第三种格式用法
std::array<int,3>test{ 7,8,9 };
demo.insert(demo.end(), test.begin(), test.end());//{1,3,2,5,5,7,8,9}
//第四种格式用法
demo.insert(demo.end(), { 10,11 });//{1,3,2,5,5,7,8,9,10,11}
for (int i = 0; i < demo.size(); i++) {
cout << demo[i] << " ";
}
return 0;
}
运行结果为：
1 3 2 5 5 7 8 9 10 11
emplace()是 C++ 11 标准新增加的成员函数，用于在 vector 容器指定位置之前插入一个新的元素。emplace() 每次只能插入一个元素，而不是多个。
该函数的语法格式如下：
iterator emplace (const_iterator pos, args...);
其中，pos 为指定插入位置的迭代器；args… 表示与新插入元素的构造函数相对应的多个参数；该函数会返回表示新插入元素位置的迭代器。
举个例子：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
std::vector<int> demo1{1,2};
//emplace() 每次只能插入一个 int 类型元素
demo1.emplace(demo1.begin(), 3);
for (int i = 0; i < demo1.size(); i++) {
cout << demo1[i] << " ";
}
return 0;
}
运行结果为：
3 1 2
既然 emplace() 和 insert() 都能完成向 vector 容器中插入新元素，那么谁的运行效率更高呢？答案是 emplace()。在说明原因之前，通过下面这段程序，就可以直观看出两者运行效率的差异：
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
class testDemo
{
public:
testDemo(int num) :num(num) {
std::cout << "调用构造函数" << endl;
}
testDemo(const testDemo& other) :num(other.num) {
std::cout << "调用拷贝构造函数" << endl;
}
testDemo(testDemo&& other) :num(other.num) {
std::cout << "调用移动构造函数" << endl;
}
testDemo& operator=(const testDemo& other);
private:
int num;
};
testDemo& testDemo::operator=(const testDemo& other) {
this->num = other.num;
return *this;
}
int main()
{
cout << "insert:" << endl;
std::vector<testDemo> demo2{};
demo2.insert(demo2.begin(), testDemo(1));
cout << "emplace:" << endl;
std::vector<testDemo> demo1{};
demo1.emplace(demo1.begin(), 1);
return 0;
}
运行结果为：
insert:
调用构造函数
调用移动构造函数
emplace:
调用构造函数
注意，当拷贝构造函数和移动构造函数同时存在时，insert() 会优先调用移动构造函数。
可以看到，通过 insert() 函数向 vector 容器中插入 testDemo 类对象，需要调用类的构造函数和移动构造函数（或拷贝构造函数）；而通过 emplace() 函数实现同样的功能，只需要调用构造函数即可。
简单的理解，就是 emplace() 在插入元素时，是在容器的指定位置直接构造元素，而不是先单独生成，再将其复制（或移动）到容器中。因此，在实际使用中，推荐大家优先使用 emplace()。
附：如果vector是空的，并且没有分配空间，切忌用下标进行访问，会出错！！！
int main()
{
vector<int>v;
v[0]=1;
return 0;
}
成功编译，但是运行的时候报错Process finished with exit code 139 (interrupted by signal 11: SIGSEGV)。因此，当vector为空的时候，一定要用push_back（）添加值。
但是，如果在定义动态数组v之后，经过了resize 或reserve之后，就可以通过下标访问
vector<int>v;
// v.resize(5); //也可以
v.reserve(5);
v[0]=1;
resize的时候会给vector里面填充0，而reserve不会
vector<int> v1;
v1.reserve(5);
for(int i=0;i<v1.size();i++)
{
cout<<v1[i]<<" ";
}
cout<<endl;
vector<int> v2;
v2.resize(5);
for(int i=0;i<v2.size();i++)
{
cout<<v2[i]<<" ";
}
运行结果：
