vector容器详解

vector（动态数组）是STL中最常用的序列式容器，底层基于连续的内存空间实现，支持随机访问，可动态调整大小，兼顾了数组的高效访问和链表的灵活扩容，是日常开发和算法题中使用频率最高的容器之一，与关联式容器（set、map）形成互补。

一、vector核心特性

1. 存储结构：连续内存空间，与普通数组类似，但支持动态扩容（自动分配更大的内存，拷贝原有数据）；
2. 访问效率：支持随机访问（通过下标访问），时间复杂度O(1)，远高于list、set等容器；
3. 插入删除：尾部插入/删除效率极高（O(1)），中间插入/删除效率较低（需移动后续元素，O(n)）；
4. 灵活性：可动态调整大小，无需手动管理内存，支持各种算法（排序、查找等）。

vector与set、map的核心区别：vector是「序列式容器」，按插入顺序存储，不自动去重、不排序；set、map是「关联式容器」，按关键字存储，支持去重、排序和快速查找。

二、vector基础用法（完整代码）

#include <iostream>
#include <vector>  // vector的头文件
#include <algorithm>  // 用于排序等算法
using namespace std;

int main() {
    // 1. 定义vector（多种方式）
    vector<int> v1;  // 空vector，默认初始容量
    vector<int> v2(5, 0);  // 容量为5，所有元素初始化为0
    vector<int> v3(v2.begin(), v2.end());  // 拷贝v2的所有元素
    vector<int> v4 = {1, 2, 3, 4, 5};  // 初始化列表（C++11及以上）
    
    // 2. 插入元素
    v1.push_back(1);  // 尾部插入（推荐，效率高）
    v1.push_back(2);
    v1.insert(v1.begin() + 1, 3);  // 中间插入（在索引1的位置插入3）
    // 此时v1：[1, 3, 2]
    
    // 3. 访问元素（三种方式）
    cout << "通过下标访问v1[1]：" << v1[1] << endl;  // 输出：3（无越界检查）
    cout << "通过at访问v1[2]：" << v1.at(2) << endl;  // 输出：2（有越界检查，越界抛异常）
    cout << "通过迭代器访问：";
    for (auto it = v1.begin(); it != v1.end(); it++) {
        cout << *it << " ";
    }
    cout << endl;  // 输出：1 3 2
    
    // 4. 修改元素
    v1[0] = 10;  // 下标修改
    v1.at(2) = 20;  // at修改
    // 此时v1：[10, 3, 20]
    
    // 5. 删除元素
    v1.pop_back();  // 尾部删除（效率高）
    v1.erase(v1.begin() + 1);  // 中间删除（删除索引1的元素）
    // 此时v1：[10]
    
    // 6. 常用操作
    cout << "\nvector大小（元素个数）：" << v1.size() << endl;  // 输出：1
    cout << "vector容量（可存储元素个数）：" << v1.capacity() << endl;  // 容量 >= 大小
    v1.resize(3, 0);  // 调整大小为3，新增元素初始化为0（此时v1：[10, 0, 0]）
    if (v1.empty()) {
        cout << "vector为空" << endl;
    } else {
        cout << "vector非空" << endl;
    }
    
    // 7. 排序（需包含<algorithm>头文件）
    vector<int> v5 = {3, 1, 4, 1, 5};
    sort(v5.begin(), v5.end());  // 升序排序
    cout << "\n排序后v5：";
    for (auto x : v5) {
        cout << x << " ";
    }
    cout << endl;  // 输出：1 1 3 4 5
    
    // 8. 清空与释放内存
    v5.clear();  // 清空元素（大小变为0，容量不变）
    vector<int>().swap(v5);  // 释放多余容量（容量变为0）
    
    return 0;
}

三、vector的扩容机制

vector的底层是连续内存，当插入元素导致容量不足时，会自动扩容，扩容规则通常是：每次扩容为当前容量的2倍（不同编译器可能略有差异）。

扩容过程：

1. 分配一块新的、容量为当前2倍的内存；
2. 将原有内存中的所有元素拷贝到新内存；
3. 释放原有内存；
4. 将vector的指针指向新内存。

⚠️ 注意：频繁扩容会导致性能损耗（拷贝元素），若已知元素数量，可提前预留容量：

vector<int> v;
v.reserve(100);  // 提前预留100个元素的容量，避免频繁扩容

四、vector与set、map的对比（补充，帮助理解定位）

容器类型	容器类别	核心特点	访问效率	插入删除效率（中间）	适用场景
vector	序列式	连续内存、随机访问、无去重	O(1)（下标）	O(n)	频繁访问、尾部插入删除、需要排序
set	关联式	红黑树、值为key、去重、有序	O(log n)	O(log n)	去重、有序查找、不需要key-value映射
map	关联式	红黑树、key-value映射、key唯一	O(log n)	O(log n)	关键字映射、需要通过key查找value

五、常见误区与注意事项

1. 下标访问越界：vector的[]操作符无越界检查，访问超出size的下标会导致未定义行为，建议用at()访问（有越界检查）；
2. 混淆size和capacity：size是当前元素个数，capacity是当前可存储的最大元素个数，size <= capacity；
3. 中间插入删除效率低：vector中间插入/删除会移动后续所有元素，数据量较大时，建议用list（双向链表）；
4. 清空不释放内存：clear()仅清空元素（size=0），capacity不变，需用swap()释放多余容量；
5. 迭代器失效：vector扩容后，原有迭代器会失效（指向原有内存），扩容后需重新获取迭代器。

六、适用场景总结

1. 频繁通过下标访问元素（如：数组遍历、随机访问）；
2. 主要在尾部进行插入/删除操作（如：收集数据、拼接数组）；
3. 需要对元素进行排序、查找等算法操作（与algorithm配合使用）；
4. 数据量不大，或可提前预估数据量（避免频繁扩容）。

vector是STL中最基础、最常用的容器，与set、map、stack等容器配合使用，可覆盖绝大多数开发场景。