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STL vector 容器介紹
A Presentation of the STL Vector Container (By Nitron)
翻譯 masterlee
介紹std::vector，并且討論它在STL中的算法和條件函數(shù)remove_if()。
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介紹
這篇文章的目的是為了介紹std::vector，如何恰當(dāng)?shù)厥褂盟鼈兊某蓡T函數(shù)等操作。本文中還討論了條件函數(shù)和函數(shù)指針在迭代算法中使用，如在remove_if()和for_each()中的使用。通過閱讀這篇文章讀者應(yīng)該能夠有效地使用vector容器，而且應(yīng)該不會(huì)再去使用C類型的動(dòng)態(tài)數(shù)組了。
Vector總覽
vector是C++標(biāo)準(zhǔn)模板庫中的部分內(nèi)容，它是一個(gè)多功能的，能夠操作多種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法的模板類和函數(shù)庫。vector之所以被認(rèn)為是一個(gè)容器，是因?yàn)樗軌蛳袢萜饕粯哟娣鸥鞣N類型的對象，簡單地說，vector是一個(gè)能夠存放任意類型的動(dòng)態(tài)數(shù)組，能夠增加和壓縮數(shù)據(jù)。
為了可以使用vector，必須在你的頭文件中包含下面的代碼：
vector屬于std命名域的，因此需要通過命名限定，如下完成你的代碼：
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using std::vector;
vector<int> vInts;
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或者連在一起，使用全名：
建議使用全局的命名域方式：
在后面的操作中全局的命名域方式會(huì)造成一些問題。vector容器提供了很多接口，在下面的表中列出vector的成員函數(shù)和操作。
Vector成員函數(shù)
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函數(shù)
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表述
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c.assign(beg,end)
c.assign(n,elem)
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將[beg; end)區(qū)間中的數(shù)據(jù)賦值給c。
將n個(gè)elem的拷貝賦值給c。
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c.at(idx)
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傳回索引idx所指的數(shù)據(jù)，如果idx越界，拋出out_of_range。
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c.back()
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傳回最后一個(gè)數(shù)據(jù)，不檢查這個(gè)數(shù)據(jù)是否存在。
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c.begin()
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傳回迭代器重的可一個(gè)數(shù)據(jù)。
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c.capacity()
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返回容器中數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)。
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c.clear()
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移除容器中所有數(shù)據(jù)。
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c.empty()
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判斷容器是否為空。
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c.end()
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指向迭代器中的最后一個(gè)數(shù)據(jù)地址。
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c.erase(pos)
c.erase(beg,end)
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刪除pos位置的數(shù)據(jù)，傳回下一個(gè)數(shù)據(jù)的位置。
刪除[beg,end)區(qū)間的數(shù)據(jù)，傳回下一個(gè)數(shù)據(jù)的位置。
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c.front()
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傳回地一個(gè)數(shù)據(jù)。
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get_allocator
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使用構(gòu)造函數(shù)返回一個(gè)拷貝。
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c.insert(pos,elem)
c.insert(pos,n,elem)
c.insert(pos,beg,end)
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在pos位置插入一個(gè)elem拷貝，傳回新數(shù)據(jù)位置。
在pos位置插入n個(gè)elem數(shù)據(jù)。無返回值。
在pos位置插入在[beg,end)區(qū)間的數(shù)據(jù)。無返回值。
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c.max_size()
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返回容器中最大數(shù)據(jù)的數(shù)量。
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c.pop_back()
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刪除最后一個(gè)數(shù)據(jù)。
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c.push_back(elem)
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在尾部加入一個(gè)數(shù)據(jù)。
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c.rbegin()
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傳回一個(gè)逆向隊(duì)列的第一個(gè)數(shù)據(jù)。
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c.rend()
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傳回一個(gè)逆向隊(duì)列的最后一個(gè)數(shù)據(jù)的下一個(gè)位置。
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c.resize(num)
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重新指定隊(duì)列的長度。
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c.reserve()
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保留適當(dāng)?shù)娜萘俊?/span>
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c.size()
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返回容器中實(shí)際數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)。
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c1.swap(c2)
swap(c1,c2)
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將c1和c2元素互換。
同上操作。
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vector<Elem> c
vector <Elem> c1(c2)
vector <Elem> c(n)
vector <Elem> c(n, elem)
vector <Elem> c(beg,end)
c.~ vector <Elem>()
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創(chuàng)建一個(gè)空的vector。
復(fù)制一個(gè)vector。
創(chuàng)建一個(gè)vector，含有n個(gè)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)均已缺省構(gòu)造產(chǎn)生。
創(chuàng)建一個(gè)含有n個(gè)elem拷貝的vector。
創(chuàng)建一個(gè)以[beg;end)區(qū)間的vector。
銷毀所有數(shù)據(jù)，釋放內(nèi)存。
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Vector操作
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函數(shù)
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描述
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operator[]
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返回容器中指定位置的一個(gè)引用。
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創(chuàng)建一個(gè)vector
vector容器提供了多種創(chuàng)建方法，下面介紹幾種常用的。
創(chuàng)建一個(gè)Widget類型的空的vector對象：
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vector<Widget> vWidgets;
// ------
// |
// |- Since vector is a container, its member functions
// operate on iterators and the container itself so
// it can hold objects of any type.
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創(chuàng)建一個(gè)包含500個(gè)Widget類型數(shù)據(jù)的vector：
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vector<Widget> vWidgets(500);
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創(chuàng)建一個(gè)包含500個(gè)Widget類型數(shù)據(jù)的vector，并且都初始化為0：
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vector<Widget> vWidgets(500, Widget(0));
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創(chuàng)建一個(gè)Widget的拷貝：
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vector<Widget> vWidgetsFromAnother(vWidgets);
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向vector添加一個(gè)數(shù)據(jù)
vector添加數(shù)據(jù)的缺省方法是push_back()。push_back()函數(shù)表示將數(shù)據(jù)添加到vector的尾部，并按需要來分配內(nèi)存。例如：向vector<Widget>中添加10個(gè)數(shù)據(jù)，需要如下編寫代碼：
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for(int i= 0;i<10; i++)
vWidgets.push_back(Widget(i));
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獲取vector中制定位置的數(shù)據(jù)
很多時(shí)候我們不必要知道vector里面有多少數(shù)據(jù)，vector里面的數(shù)據(jù)是動(dòng)態(tài)分配的，使用push_back()的一系列分配空間常常決定于文件或一些數(shù)據(jù)源。如果你想知道vector存放了多少數(shù)據(jù)，你可以使用empty()。獲取vector的大小，可以使用size()。例如，如果你想獲取一個(gè)vector v的大小，但不知道它是否為空，或者已經(jīng)包含了數(shù)據(jù)，如果為空想設(shè)置為-1，你可以使用下面的代碼實(shí)現(xiàn)：
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int nSize = v.empty() ? -1 : static_cast<int>(v.size());
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訪問vector中的數(shù)據(jù)
使用兩種方法來訪問vector。
1、 vector::at()
2、 vector::operator[]
operator[]主要是為了與C語言進(jìn)行兼容。它可以像C語言數(shù)組一樣操作。但at()是我們的首選，因?yàn)?/span>at()進(jìn)行了邊界檢查，如果訪問超過了vector的范圍，將拋出一個(gè)例外。由于operator[]容易造成一些錯(cuò)誤，所有我們很少用它，下面進(jìn)行驗(yàn)證一下：
分析下面的代碼：
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vector<int> v;
v.reserve(10);
for(int i=0; i<7; i++)
v.push_back(i);
try
{
int iVal1 = v[7]; // not bounds checked - will not throw
int iVal2 = v.at(7); // bounds checked - will throw if out of range
}
catch(const exception& e)
{
cout << e.what();
}
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我們使用reserve()分配了10個(gè)int型的空間，但并不沒有初始化。如下圖所示：
你可以在這個(gè)代碼中嘗試不同條件，觀察它的結(jié)果，但是無論何時(shí)使用at()，都是正確的。
刪除vector中的數(shù)據(jù)
vector能夠非常容易地添加數(shù)據(jù)，也能很方便地取出數(shù)據(jù)，同樣vector提供了erase()，pop_back()，clear()來刪除數(shù)據(jù)，當(dāng)你刪除數(shù)據(jù)的時(shí)候，你應(yīng)該知道要?jiǎng)h除尾部的數(shù)據(jù)，或者是刪除所有數(shù)據(jù)，還是個(gè)別的數(shù)據(jù)。在考慮刪除等操作之前讓我們靜下來考慮一下在STL中的一些應(yīng)用。
Remove_if()算法
現(xiàn)在我們考慮操作里面的數(shù)據(jù)。如果要使用remove_if()，我們需要在頭文件中包含如下代碼：：
Remove_if()有三個(gè)參數(shù)：
1、 iterator _First：指向第一個(gè)數(shù)據(jù)的迭代指針。
2、 iterator _Last：指向最后一個(gè)數(shù)據(jù)的迭代指針。
3、 predicate _Pred：一個(gè)可以對迭代操作的條件函數(shù)。
條件函數(shù)
條件函數(shù)是一個(gè)按照用戶定義的條件返回是或否的結(jié)果，是最基本的函數(shù)指針，或者是一個(gè)函數(shù)對象。這個(gè)函數(shù)對象需要支持所有的函數(shù)調(diào)用操作，重載operator()()操作。remove_if()是通過unary_function繼承下來的，允許傳遞數(shù)據(jù)作為條件。
例如，假如你想從一個(gè)vector<CString>中刪除匹配的數(shù)據(jù)，如果字串中包含了一個(gè)值，從這個(gè)值開始，從這個(gè)值結(jié)束。首先你應(yīng)該建立一個(gè)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來包含這些數(shù)據(jù)，類似代碼如下：
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#include <functional>
enum findmodes
{
FM_INVALID = 0,
FM_IS,
FM_STARTSWITH,
FM_ENDSWITH,
FM_CONTAINS
};
typedef struct tagFindStr
{
UINT iMode;
CString szMatchStr;
} FindStr;
typedef FindStr* LPFINDSTR;
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然后處理?xiàng)l件判斷：
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class FindMatchingString
: public std::unary_function<CString, bool>
{
public:
FindMatchingString(const LPFINDSTR lpFS) : m_lpFS(lpFS) {}
bool operator()(CString& szStringToCompare) const
{
bool retVal = false;
switch(m_lpFS->iMode)
{
case FM_IS:
{
retVal = (szStringToCompare == m_lpFDD->szMatchStr);
break;
}
case FM_STARTSWITH:
{
retVal = (szStringToCompare.Left(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())
== m_lpFDD->szWindowTitle);
break;
}
case FM_ENDSWITH:
{
retVal = (szStringToCompare.Right(m_lpFDD->szMatchStr.GetLength())
== m_lpFDD->szMatchStr);
break;
}
case FM_CONTAINS:
{
retVal = (szStringToCompare.Find(m_lpFDD->szMatchStr) != -1);
break;
}
}
return retVal;
}
private:
LPFINDSTR m_lpFS;
};
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通過這個(gè)操作你可以從vector中有效地刪除數(shù)據(jù)：
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// remove all strings containing the value of
// szRemove from vector<CString> vs.
FindStr fs;
fs.iMode = FM_CONTAINS;
fs.szMatchStr = szRemove;
vs.erase(std::remove_if(vs.begin(), vs.end(), FindMatchingString(&fs)), vs.end());
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Remove_if()能做什么？
你可能會(huì)疑惑，對于上面那個(gè)例子在調(diào)用remove_if()的時(shí)候還要使用erase()呢？這是因?yàn)榇蠹也⒉皇煜?/span>STL中的算法。Remove(),remove_if()等所有的移出操作都是建立在一個(gè)迭代范圍上的，那么不能操作容器中的數(shù)據(jù)。所以在使用remove_if()，實(shí)際上操作的時(shí)容器里數(shù)據(jù)的上面的。思考上面的例子：
1、 szRemove = “o”.
2、 vs見下面圖表中的顯示。
觀察這個(gè)結(jié)果，我們可以看到remove_if()實(shí)際上是根據(jù)條件對迭代地址進(jìn)行了修改，在數(shù)據(jù)的后面存在一些殘余的數(shù)據(jù)，那些需要?jiǎng)h除的數(shù)據(jù)。剩下的數(shù)據(jù)的位置可能不是原來的數(shù)據(jù)，但他們是不知道的。
調(diào)用erase()來刪除那些殘余的數(shù)據(jù)。注意上面例子中通過erase()刪除remove_if()的結(jié)果和vs.enc()范圍的數(shù)據(jù)。
壓縮一個(gè)臃腫的vector
很多時(shí)候大量的刪除數(shù)據(jù)，或者通過使用reserve()，結(jié)果vector的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際需要的。所有需要壓縮vector到它實(shí)際的大小。resize()能夠增加vector的大小。Clear()僅僅能夠改變緩存的大小，所有的這些對于vector釋放內(nèi)存等九非常重要了。如何來解決這些問題呢，讓我們來操作一下。
我們可以通過一個(gè)vector創(chuàng)建另一個(gè)vector。讓我們看看這將發(fā)生什么。假定我們已經(jīng)有一個(gè)vector v，它的內(nèi)存大小為1000，當(dāng)我們調(diào)用size()的時(shí)候，它的大小僅為7。我們浪費(fèi)了大量的內(nèi)存。讓我們在它的基礎(chǔ)上創(chuàng)建一個(gè)vector。
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std::vector<CString> vNew(v);
cout << vNew.capacity();
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vNew.capacity()返回的是7。這說明新創(chuàng)建的只是根據(jù)實(shí)際大小來分配的空間。現(xiàn)在我們不想釋放v，因?yàn)槲覀円谄渌胤接玫剿覀兛梢允褂?/span>swap()將v和vNew互相交換一下？
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vNew.swap(v);
cout << vNew.capacity();
cout << v.capacity();
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有趣的是：vNew.capacity()是1000，而v.capacity()是7。
現(xiàn)在是達(dá)到我的目的了，但是并不是很好的解決方法，我們可以像下面這么寫：
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std::vector<CString>(v).swap(v);
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你可以看到我們做了什么？我們創(chuàng)建了一個(gè)臨時(shí)變量代替那個(gè)命名的，然后使用swap(),這樣我們就去掉了不必要的空間，得到實(shí)際大小的v。
結(jié)論
我希望這個(gè)文檔可以給那些使用STL vector容器的開發(fā)者很有價(jià)值的參考。我也希望通過閱讀這篇文章你可以放心地使用vector來代替C語言中的數(shù)據(jù)了。
參考
Plauger, P.J. Standard C++ Library Reference. February, 2003. MSDN.
Schildt, Herbert. C++ from the Ground Up, Second Edition. Berkeley: 1998.
Sutter, Herb. More Exceptional C++. Indianapolis: 2002.
鄭重聲明：
允許復(fù)制、修改、傳遞或其它行為
但不準(zhǔn)用于任何商業(yè)用途.
寫于 2004/11/9 masterlee