C++ vector容器用法动态数组操作与优化-C++-PHP中文网

C++ vector容器用法动态数组操作与优化

P粉602998670

发布： 2025-08-27 10:44:01

原创

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C++ vector 是动态数组，支持灵活的元素增删查改。通过 push_back 添加元素，pop_back 删除末尾元素，[] 或 at 访问元素，支持 size、capacity 查询及 reserve 预分配内存。频繁中间插入删除可考虑 emplace_back、swap 后 pop_back，或改用 list/deque。内存过高时可用 shrink_to_fit 或重新构造 vector 降容。排序用 std::sort，查找可用 std::find 或二分查找算法。性能优化需结合场景权衡选择。

c++ vector容器用法动态数组操作与优化

C++ vector 容器本质上是一个动态数组，它允许你在运行时调整数组的大小。这意味着你不再需要在编译时预先确定数组的大小，这为处理不确定数量的数据提供了极大的灵活性。操作包括添加、删除、访问元素，以及进行各种优化来提升性能。

解决方案

vector 的使用围绕着几个核心操作：

创建 vector：

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#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
    // 创建一个存储整数的 vector
    std::vector<int> myVector;

    // 创建一个初始大小为 10 的 vector，所有元素初始化为 0
    std::vector<int> myVector2(10);

    // 创建一个初始大小为 5，所有元素初始化为 100 的 vector
    std::vector<int> myVector3(5, 100);

    // 使用已有的数组初始化 vector
    int arr[] = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> myVector4(arr, arr + sizeof(arr) / sizeof(int));

    return 0;
}

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添加元素：
```
push_back()
```
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方法在 vector 的末尾添加一个新元素。
```
myVector.push_back(10);
myVector.push_back(20);
myVector.push_back(30);
```
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访问元素： 可以使用下标运算符
```
[]
```
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或
```
at()
```
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方法访问 vector 中的元素。
```
at()
```
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方法提供边界检查，如果访问越界会抛出异常。
```
std::cout << myVector[0] << std::endl; // 输出 10
std::cout << myVector.at(1) << std::endl; // 输出 20
```
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删除元素：
```
pop_back()
```
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方法删除 vector 末尾的元素。
```
erase()
```
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方法删除指定位置的元素或一个范围内的元素。
```
myVector.pop_back(); // 删除末尾的 30
myVector.erase(myVector.begin() + 1); // 删除索引为 1 的元素 (20)
```
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大小和容量：
```
size()
```
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方法返回 vector 中元素的数量。
```
capacity()
```
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方法返回 vector 在不重新分配内存的情况下可以容纳的元素数量。当
```
size()
```
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超过
```
capacity()
```
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时，vector 会自动重新分配内存，这可能会导致性能开销。
```
std::cout << "Size: " << myVector.size() << std::endl;
std::cout << "Capacity: " << myVector.capacity() << std::endl;
```
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迭代器： 使用迭代器可以遍历 vector 中的元素。

for (std::vector<int>::iterator it = myVector.begin(); it != myVector.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}
std::cout << std::endl;

// 使用范围 for 循环 (C++11)
for (int element : myVector) {
    std::cout << element << " ";
}
std::cout << std::endl;

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vector 频繁插入删除如何优化？

频繁在 vector 中间插入或删除元素会导致大量元素的移动，效率较低。可以考虑以下优化策略：

使用
```
reserve()
```
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预分配内存： 如果预先知道 vector 大致需要存储多少元素，可以使用
```
reserve()
```
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方法预先分配足够的内存，避免频繁的内存重新分配。

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```
myVector.reserve(100); // 预分配 100 个元素的空间
```
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使用
```
std::list
```
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或
std::deque
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：如果需要在任意位置频繁插入和删除元素，
```
std::list
```
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（双向链表）或
```
std::deque
```
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（双端队列）可能更适合，因为它们在插入和删除元素时不需要移动其他元素。
```
std::list
```
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的缺点是不能随机访问元素，而
```
std::deque
```
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在头部和尾部插入删除效率较高，中间插入删除效率仍然不如
```
std::list
```
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。
使用
```
std::vector
```
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+ 移动语义 (C++11)： 在插入元素时，可以使用
```
emplace_back()
```
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方法，它可以在 vector 内部直接构造元素，避免不必要的拷贝或移动操作。如果删除元素后不需要保持元素的顺序，可以将要删除的元素与末尾元素交换，然后
```
pop_back()
```
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，这样可以避免大量元素的移动。
```
myVector.emplace_back(40); // 直接在 vector 内部构造元素
std::swap(myVector[index_to_remove], myVector.back());
myVector.pop_back();
```
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vector 内存占用过高如何优化？

Vector 可能会占用超出预期的内存，特别是在频繁添加和删除元素后。

使用
```
shrink_to_fit()
```
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释放多余内存 (C++11)：
```
shrink_to_fit()
```
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方法可以尝试将 vector 的容量减少到等于其大小，从而释放多余的内存。但需要注意的是，
```
shrink_to_fit()
```
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只是一个请求，具体是否释放内存取决于具体的实现。
```
myVector.shrink_to_fit();
```
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手动重新分配内存： 创建一个新的 vector，将需要的元素拷贝到新的 vector 中，然后用新的 vector 替换原来的 vector。这可以确保 vector 的容量与大小一致。
```
std::vector<int> tempVector(myVector.begin(), myVector.end());
myVector = tempVector; // 拷贝赋值
```
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避免不必要的拷贝： 在函数参数传递时，尽量使用引用或指针，避免不必要的 vector 拷贝。使用移动语义可以将 vector 的所有权从一个对象转移到另一个对象，而不需要进行实际的数据拷贝。
```
void processVector(const std::vector<int>& vec); // 使用常量引用
std::vector<int> createVector();
std::vector<int> myVector = createVector(); // 移动构造
```
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vector 如何进行排序和查找？

排序： 可以使用

std::sort()

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算法对 vector 进行排序。需要包含

<algorithm>

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头文件。

#include <algorithm>

std::sort(myVector.begin(), myVector.end()); // 升序排序
std::sort(myVector.begin(), myVector.end(), std::greater<int>()); // 降序排序

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查找： 可以使用

std::find()

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算法在 vector 中查找指定元素。

std::find()

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返回一个迭代器，指向找到的元素。如果没有找到，则返回

myVector.end()

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。对于已排序的 vector，可以使用

std::binary_search()

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进行二分查找，效率更高。

std::lower_bound()

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和

std::upper_bound()

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可以查找第一个大于等于或大于指定值的元素。

#include <algorithm>

std::vector<int>::iterator it = std::find(myVector.begin(), myVector.end(), 20);
if (it != myVector.end()) {
    std::cout << "Found: " << *it << std::endl;
} else {
    std::cout << "Not found" << std::endl;
}

if (std::binary_search(myVector.begin(), myVector.end(), 20)) {
    std::cout << "Found using binary search" << std::endl;
}

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记住，选择哪种优化策略取决于具体的应用场景和性能需求。没有一种方法是万能的，需要根据实际情况进行权衡和选择。

以上就是C++ vector容器用法动态数组操作与优化的详细内容，更多请关注php中文网其它相关文章！