第三章 标准库类型(part 2) 标准库 vector 类型

3.3. 标准库 vector 类型

vector 是同一种类型的对象的集合，每个对象都有一个对应的整数索引值。和 string 对象一样，标准库将负责管理与存储元素相关的内存。我们把 vector 称为容器，是因为它可以包含其他对象。一个容器中的所有对象都必须是同一种类型的。

使用 vector 之前，必须包含相应的头文件。假设已作了相应的 using 声明：

     #include <vector>     using std::vector;

vector 是一个类模板（class template）。使用模板可以编写一个类定义或函数定义，而用于多个不同的数据类型。因此，我们可以定义保存 string 对象的vector，或保存 int 值的 vector，又或是保存自定义的类类型对象（如 Sales_items 对象）的 vector。幸运的是，使用类模板时只需要简单了解类模板是如何定义的就可以了.

声明从类模板产生的某种类型的对象，需要提供附加信息，信息的种类取决于模板。以 vector 为例，必须说明 vector 保存何种对象的类型，通过将类型放在类型放在类模板名称后面的尖括号中来指定类型：

     vector<int> ivec;               // ivec holds objects of type int     vector<Sales_item> Sales_vec;   // holds Sales_items

和其他变量定义一样，定义 vector 对象要指定类型和一个变量的列表。上面的第一个定义，类型是 vector<int>，该类型即是含有若干 int 类型对象的 vector，变量名为ivec。第二个定义的变量名是 Sales_vec，它所保存的元素是 Sales_item 类型的对象。

《注解》：

vector 不是一种数据类型，而只是一个类模板，可用来定义任意多种数据类型。vector 类型的每一种都指定了其保存元素的类型。因此，vector<int> 和vector<string> 都是数据类型。

vector 对象的定义和初始化

vector 类定义了好几种构造函数（2.3.3 节），用来定义和初始化 vector 对象。表 3.4 列出了这些构造函数。

Table 3.4. Ways to Initialize a vector

vector<T> v1;

vector that holds objects of type T;

 

Default constructor v1 is empty

 

vector 保存类型为 T 对象。

 

默认构造函数 v1 为空。

vector<T> v2(v1);

v2 is a copy of v1

v2 是 v1 的一个副本。

vector<T> v3(n, i);

v3 has n elements with value i

v3 包含 n 个值为 i 的元素。

vector<T> v4(n);

v4 has n copies of a value-initialized object

v4 含有值初始化的元素的 n 个副本。

创建确定个数的元素

若要创建非空的 vector 对象，必须给出初始化元素的值。当把一个 vector 对象复制到另一个 vector 对象时，新复制的 vector 中每一个元素都初始化为原 vectors 中相应元素的副本。但这两个 vector 对象必须保存同一种元素类型：

     vector<int> ivec1;           // ivec1 holds objects of type int     vector<int> ivec2(ivec1);    // ok: copy elements of ivec1 into ivec2     vector<string> svec(ivec1);  // error: svec holds strings, not ints

可以用元素个数和元素值对 vector 对象进行初始化。构造函数用元素个数来决定 vector 对象保存元素的个数，元素值指定每个元素的初始值：

     vector<int> ivec4(10, -1);       // 10 elements, each initialized to -1     vector<string> svec(10, "hi!");  // 10 strings, each initialized to "hi!"

关键概念：vector 对象动态增长

vector 对象（以及其他标准库容器对象）的重要属性就在于可以在运行时高效地添加元素。

因为vector 增长的效率高，在元素值已知的情况下，最好是动态地添加元素。

<注解>：

虽然可以对给定元素个数的 vector 对象预先分配内存，但更有效的方法是先初始化一个空vector 对象，然后再动态地增加元素（我们随后将学习如何进行这样的操作）。

值初始化

如果没有指定元素的初始化式，那么标准库将自行提供一个元素初始值进行值初始化（value initializationd）。这个由库生成的初始值将用来初始化容器中的每个元素，具体值为何，取决于存储在vector 中元素的数据类型。

如果 vector 保存内置类型（如 int 类型）的元素，那么标准库将用 0 值创建元素初始化式：

     vector<int> fvec(10); // 10 elements, each initialized to 0

如果 vector 保存的是含有构造函数的类类型（如 string）的元素，标准库将用该类型的默认构造函数创建元素初始化式：

     vector<string> svec(10); // 10 elements, each an empty string

如果一些有自定义构造函数但没有默认构造函数的类，在初始化这种类型的 vector 对象时，程序员就不能仅提供元素个数，还需要提供元素初始值。

vector 对象的操作

vector 标准库提供了许多类似于 string 对象的操作

Table 3.5. vector Operations

v.empty()

Returns true if v is empty; otherwise returnsfalse

如果 v 为空，则返回 true，否则返回 false。

v.size()

Returns number of elements in v

返回 v 中元素的个数。

v.push_back(t)

Adds element with value t to end of v

在 v 的末尾增加一个值为 t 的元素。

v[n]

Returns element at position n in v

返回 v 中位置为 n 的元素。

v1 = v2

Replaces elements in v1 by a copy of elements in v2

把 v1 的元素替换为 v2 中元素的副本。

v1 == v2

Returns true if v1 and v2 are equal

如果 v1 与 v2 相等，则返回 true。

!=, <, <=,
>, and >=

Have their normal meanings

保持这些操作符惯有的含义。

vector 对象的 size

成员函数 size 返回相应vector 类定义的size_type 的值。

使用 size_type 类型时，必须指出该类型是在哪里定义的。vector 类型总是包括总是包括vector 的元素类型：

     vector<int>::size_type        // ok     vector::size_type            // error

向 vector 添加元素

push_back 操作接受一个元素值，并将它作为一个新的元素添加到vector 对象的后面，也就是“插入（push）”到vector 对象的“后面（back）”：

     // read words from the standard input and store them as elements in a vector     string word;     vector<string> text;    // empty vector     while (cin >> word) {         text.push_back(word);     // append word to text     }

该循环从标准输入读取一系列 string 对象，逐一追加到 vector 对象的后面。首先定义一个空的vector 对象text。每循环一次就添加一个新元素到vector 对象，并将从输入读取的 word 值赋予该元素。当循环结束时，text 就包含了所有读入的元素。

vector 的下标操作

vector 中的对象是没有命名的，可以按 vector 中对象的位置来访问它们。通常使用下标操作符来获取元素。

vector 的下标操作类似于 string 类型的下标操作

vector 的下标操作符接受一个值，并返回 vector 中该对应位置的元素。

vector 元素的位置从 0 开始。下例使用 for 循环把 vector 中的每个元素值都重置为 0：

     // reset the elements in the vector to zero     for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != ivec.size(); ++ix)         ivec[ix] = 0;

和 string 类型的下标操作符一样，vector 下标操作的结果为左值，因此可以像循环体中所做的那样实现写入。另外，和string 对象的下标操作类似，这里用size_type 类型作为vector 下标的类型。

在上例中，即使 ivec 为空，for 循环也会正确执行。ivec 为空则调用size 返回 0，并且for 中的测试比较ix 和 0。第一次循环时，由于 ix 本身就是 0 就是 0，则条件测试失败，for 循环体一次也不执行。

下标操作不添加元素

初学 C++ 的程序员可能会认为 vector 的下标操作可以添加元素，其实不然：

     vector<int> ivec;   // empty vector     for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != 10; ++ix)         ivec[ix] = ix; // disaster: ivec has no elements

上述程序试图在ivec 中插入 10 个新元素，元素值依次为 0 到 9 的整数。但是，这里ivec 是空的vector 对象，而且下标只能用于获取已存在的元素。

这个循环的正确写法应该是：

     for (vector<int>::size_type ix = 0; ix != 10; ++ix)         ivec.push_back(ix);  // ok: adds new element with value ix

《强调关键》：

必须是已存在的元素才能用下标操作符进行索引。通过下标操作进行赋值时，不会添加任何元素。

关键概念：安全的泛型编程

习惯于 C 或 Java 编程的 C++ 程序员可能会觉得难以理解，for 循环的判断条件用!= 而不是用< 来测试vector 下标值是否越界。C 程序员难以理解的还有，上例中没有在 for 循环之前就调用size 成员函数并保存其返回的值，而是在for 语句头中调用size 成员函数。

C++ 程序员习惯于优先选用!= 而不是< 来编写循环判断条件。在上例中，选用或不用某种操作符并没有特别的取舍理由。学习完泛型编程后，你将会明白这种习惯的合理性。

调用 size 成员函数而不保存它返回的值，在这个例子中同样不是必需的，但这反映了一种良好的编程习惯。

在 C++ 中，有些数据结构（如 vector）可以动态增长。上例中循环仅需要读取元素，而不需要增加新的元素。

但是，循环可以容易地增加新元素，如果确实增加了新元素的话，那么测试已保存的size 值作为循环的结束条件就会有问题，因为没有将新加入的元素计算在内。

所以我们倾向于在每次循环中测试size 的当前值，而不是在进入循环前，存储size 值的副本。

C++ 中有些函数可以声明为内联（inline）函数。编译器遇到内联函数时就会直接扩展相应代码，而不是进行实际的函数调用。像size 这样的小库函数几乎都定义为内联函数，所以每次循环过程中调用它的运行时代价是比较小的。

警告：仅能对确知已存在的元素进行下标操作

对于下标操作符（[] 操作符）的使用有一点非常重要，就是仅能提取确实已存在的元素，例如：

     vector<int> ivec;      // empty vector     cout << ivec[0];       // Error: ivec has no elements!     vector<int> ivec2(10); // vector with 10 elements     cout << ivec[10];      // Error: ivec has elements 0...9

试图获取不存在的元素必须产生运行时错误。和大多数同类错误一样，不能确保执行过程可以捕捉到这类错误，运行程序的结果是不确定的。

由于取不存在的元素的结果标准没有定义，因而不同的编译器实现会导致不同的结果，但程序运行时几乎肯定会以某种有趣的方式失败。

本警告适用于任何使用下标操作的时候，如 string 类型的下标操作，以及将要简要介绍的内置数组的下标操作。

不幸的是，试图对不存在的元素进行下标操作是程序设计过程中经常会犯的严重错误。

所谓的“缓冲区溢出”错误就是对不存在的元素进行下标操作的结果。这样的缺陷往往导致 PC 机和其他应用中最常见的安全问题。