Vector (STL)

Vector 是C++標準程式庫中的一個類，可視為會自動擴展容量的陣列，以循序（Sequential）的方式維護變數集合。

vector的特色有支持隨機存取，在集合尾端增刪元素很快，但是在集合中間增刪元素比較費時。

vector是C++標準程式庫中的眾多容器之一。

vector以模板方式實現，可以保存任意類型的變數，包括使用者自定義的資料型態，例如：它可以是放置整數（int）型態的vector、也可以是放置字串（string）型態的vector、或者放置使用者自定類別（user-defined class）的vector。

## 設計

vector 定義於 標頭檔中。與其他STL元件一樣，vector 屬於std名稱空間。

vector是C++標準程式庫裡最基本的容器，大多數狀況下都很有效率。vector設計之初即是為了改善C語言原生陣列的種種缺失與不便，而欲提供一種更有效、更安全的陣列。vector的使用介面刻意模擬C語言原生陣列，較明顯的差異在於記憶體管理，原生陣列必須在宣告陣列的時候明確指定陣列長度(例如 int a5)，但是 vector 不需要指定，而是會在執行期依據狀況自我調整長度，動態增大容量。

vector的表現一如資料結構中的陣列，允許隨機存取(Random Access)，以索引值(index)存取任一元素只要花費常數時間 O(1)，在集合尾端增加或刪除元素也是花費常數時間O(1)，若在vector集合中間增加或刪除元素時間複雜度是線性時間O(n)，較為費時。雖然C++標準並沒有規定實作方式，但大多數 vector 內部均使用動態陣列方式實作。

### 成員函式概觀

`vector` 類別是以容器 模式為基準設計的，也就是說，基本上它有 `begin()`，`end()`，`size()`，`max_size()`，`empty()` 以及 `swap()` 這幾個方法。

- 存取元素的方法
- `vec[i]` - 存取索引值為 i 的元素參照。(索引值從零起算，故第一個元素是vec0。)
- `vec.at(i)` - 存取索引值為 i 的元素的參照，以 at 存取會做陣列邊界檢查，如果存取越界將會拋出一個例外，這是與operator的唯一差異。
- `vec.front()` - 回傳 vector 第一個元素的參照。
- `vec.back()` - 回傳 vector 最尾端元素的參照。
- 新增或移除元素的方法
- `vec.push_back()` - 新增元素至 vector 的尾端，必要時會進行記憶體配置。
- `vec.pop_back()` - 刪除 vector 最尾端的元素。
- `vec.insert()` - 插入一個或多個元素至 vector 內的任意位置。
- `vec.erase()` - 刪除 vector 中一個或多個元素。
- `vec.clear()` - 清空所有元素。
- 取得長度/容量
- `vec.size()` - 取得 vector 目前持有的元素個數。
- `vec.empty()` - 如果 vector 內部為空，則傳回 true 值。
- `vec.capacity()` - 取得 vector 目前可容納的最大元素個數。這個方法與記憶體的配置有關，它通常只會增加，不會因為元素被刪減而隨之減少。
- 重新配置／重設長度
- `vec.reserve()` - 如有必要，可改變 vector 的容量大小（配置更多的記憶體）。在眾多的 STL 實例，容量只能增加，不可以減少。
- `vec.resize()` - 改變 vector 目前持有的元素個數。
- 迭代 (Iterator)
- `vec.begin()` - 回傳一個Iterator，它指向 vector 第一個元素。
- `vec.end()` - 回傳一個Iterator，它指向 vector 最尾端元素的下一個位置（請注意：它不是最末元素）。
- `vec.rbegin()` - 回傳一個反向Iterator，它指向 vector 最尾端元素的。
- `vec.rend()` - 回傳一個Iterator，它指向 vector 的第一個元素的前一個位置。

## 使用說明

### 聲明

使用 vector 之前，必須先 #include。

聲明一個 vector 變數的方法如下:

```cpp
std::vector<T> v; 
```

T 是 vector 要儲存的物件集合的型別，該 vector 的變數名稱是 v。T 可以是任何符合 Copy/Move Assignable 條件的型別，包括使用者自訂型別。如果 T 不符合 Copy / Move Assignable 或者複製 / 移動成本很高昂，可以考慮使用 T* 甚至 std::unique_ptr 來代替 T。

### 取代陣列使用

```cpp
#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> v;

    v.push_back(1);
    v.push_back(2);
    v.push_back(3);

    for(int i=0;i<3;++i)
        std::cout << v[i] << std::endl;
    system("pause");
    return 0;
} 
```

### 長度/容量

<image>

以下程式碼是用來說明 vector 的長度變化。

```cpp
//Headers and Macros
#include <iostream>
#include <cstdlib>
#include <vector>
#include <iomanip>
#define SETW_1 10
#define SETW_2 6
#define SETW_3 10

using namespace std;

typedef vector<int> Vint;

//利用參照取得真正的 capacity 值
void PrintVectorInfo(Vint& v)
{
	cout<<setw(SETW_1)<<"Element"<<setw(SETW_2)<<"Size";
	cout<<setw(SETW_3)<<"Capacity"<<endl;
	for ( Vint::iterator it = v.begin(); it != v.end(); it ++)
	{
		cout<<setw(SETW_1)<<(*it)<<setw(SETW_2)<<v.size();
		cout<<setw(SETW_3)<<v.capacity()<<endl;
	}
	cout<<endl;
}

//Main Function
int main(int argc, char** argv)
{
	//==START==//
	//宣告一個 vector
	Vint vint;
	//宣告兩個整數變數
	int a = 11, b = 22, c = 33;
	//建立只有一個元素空間的 vint
	//把變數 a 複製至第一個元素內
	vint.push_back(a);
	cout<<"Push Back: a = "<<a<<endl;
	//建立兩個元素空間的 vint
	//把變數 a 複製至第一個元素內
	//把變數 b 複製至第二個元素內
	//刪除上一次建立的 vint
	//上一次建立的 vint 只有一個元素空間
	//依此類推
	vint.push_back(b);
	cout<<"Push Back: b = "<<b<<endl;
	vint.push_back(c);
	cout<<"Push Back: c = "<<c<<endl;
	PrintVectorInfo(vint);
	//移除最後一個元素
	vint.pop_back();
	cout<<"Pop Back......"<<endl;
	PrintVectorInfo(vint);
	//移除最後一個元素
	vint.pop_back();
	cout<<"Pop Back......"<<endl;
	PrintVectorInfo(vint);
	//清除所有元素
	vint.clear();
	cout<<"Clear All Elements."<<endl;
	//==END==//
	system("pause");
	return 0;
}
```

### string 類型 Vector的使用

第一種：使用迭代器進行遍歷

```cpp
#include <iostream>
#include <string>
#include <vector>
using namespace std;
int main()
{
	vector<string> v(3, "I Love Wikipedia "); // 元素个数，每个元素的值相同
	for (vector<string>::const_iterator it = v.begin(); it < v.end(); ++it) // 输出Vector元素
		cout << *it << endl;
	system("pause");
	return 0;
}
```

輸出結果為：

```
I Love Wikipedia
I Love Wikipedia
I Love Wikipedia
```

第二種，與int類型相同

```cpp
#include<string>
#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;

int main()
{
	vector<string> vec;
	string str;
	str = "I Love WikiPedia";
	vec.push_back(str);
	vec.push_back("123");
	for(int i = 0; i < vec.size() ; ++i)
	{
		cout << vec[i] << endl;
	}
	system("pause");
	return 0;
}
```

輸出結果為：

```
I Love Wikipedia
123
```

## 刪除元素

vector 的成員函數 clear 來刪除所有的元素。這個操作並沒有改變容器的容量，所以容量不變。

使用 vector 的成員函數 pop_back 來刪除容器尾部的元素。

成員函數 swap，這個函數用來交換兩個 vector 容器中的元素。因此可以與一個具有相同數據類型的內容為空的局部變量swap，從而實現徹底刪除元素、釋放容量的目的。

成員函數 shrink_to_fit，會造成容器現有的迭代器都失效。

成員函數 erase 有2個重載版本：

- 刪除單個元素，vector 的大小減 1；但容量不變；返回一個迭代器，它指向被刪除元素後的一個元素。如果移除了最後一個元素，會返回 std::end(data)。
- 移除一個範圍內的元素：傳入兩個迭代器。返回的迭代器指向被刪除元素後的位置，它是 std::begin(data)+1；如果刪除了最後一個元素，它就是 std::end(data)。

algorithm 頭文件中的std::remove，可以移除一個範圍內匹配特定值的元素。remove 是一個全局函數，所以它不能刪除容器中的元素。會保持未移除的元素的順序。真正刪除需要用erase成員函數，這叫做 erase-remove。remove 演算法返回的迭代器作為 erase 的第一個參數，erase 的第二個參數是所指向容器中最後一個元素後一個位置的迭代器。如：

```
   words.erase(std::remove(std::begin(words), std::end(words),"none"), std::end(words));
```

## 外部連結

- SGI 的 vector 使用說明（SGI STL specification of vector）
- C++ 參考：vector（C++ reference: vector）
- C++ 標頭檔說明（C++ Header description）