c++ vector介绍

1、什么是vector

std::vector 是C++标准库（STL）中的一个动态数组类模板。它允许存储相同类型的元素集合，并且可以根据需要动态地增加或减少其大小。std::vector 提供了一组函数来访问、插入和删除元素，以及执行其他与数组操作相关的任务。使用 std::vector 可以避免手动管理动态数组时可能遇到的许多常见问题，如内存泄漏和越界访问。

2、vector背后实现原理

std::vector 通常在内部使用一个连续的内存块来存储元素。这意味着它的元素在内存中是顺序排列的，这有助于快速访问和迭代。当 std::vector 需要增长时，它会分配一个更大的内存块，通常大小是原容量的两倍或更多，然后将旧元素复制到新内存块中，并释放旧内存块。这种增长策略有助于减少内存分配和复制操作的次数，但也可能导致一些额外的内存浪费。

3、vector都有哪些操作API，并举例介绍api的使用方法

std::vector 提供了丰富的API来操作元素，以下是一些常用的API及其使用方法：

（1）构造函数

std::vector<int> vec;                       // 默认构造函数，创建一个空的vector  
std::vector<int> vec(10);                  // 创建一个包含10个元素的vector，默认初始化为0  
std::vector<int> vec(10, 5);               // 创建一个包含10个元素的vector，每个元素初始化为5  
std::vector<int> vec2(vec);               // 通过另一个vector复制构造

（2）添加和插入元素

vec.push_back(42);                         // 在vector末尾添加一个元素  
vec.insert(vec.begin(), 100);             // 在vector开始位置插入一个元素  
vec.emplace_back(1, 2, 3);               // 在vector末尾构造并添加一个元素（使用构造函数参数）

（3）访问元素

int first = vec[0];                       // 通过下标访问元素  
int last = vec.back();                    // 访问vector的最后一个元素  
int atThird = vec.at(2);                  // 通过at函数访问元素（会进行范围检查）

（4）删除元素

vec.pop_back();                           // 删除vector的最后一个元素  
vec.erase(vec.begin());                   // 删除vector的第一个元素  
vec.erase(vec.begin() + 1, vec.end() - 1); // 删除一个范围内的元素  
vec.clear();                             // 清空vector，删除所有元素

（5）修改元素大小

vec.resize(20);                           // 改变vector的大小为20，如果新大小大于当前大小，则新元素默认初始化为0  
vec.resize(10, 100);                     // 改变vector的大小为10，如果新大小小于当前大小，则删除多余元素；如果新大小大于当前大小，则新元素初始化为100

（6）容量和大小

size_t size = vec.size();                // 获取vector中元素的个数  
size_t capacity = vec.capacity();       // 获取vector的容量（已分配的内存大小）  
vec.shrink_to_fit();                    // 尝试减少vector的容量以匹配其大小

（7）迭代器

for (std::vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {  std::cout << *it << " ";  
}  
std::cout << std::endl;  // 使用范围for循环  
for (const auto& elem : vec) {  std::cout << elem << " ";  
}  
std::cout << std::endl;

4、时间复杂度和空间复杂度

（1）空间复杂度

std::vector 的空间复杂度是 O(n)，其中 n 是当前存储在 vector 中的元素数量。这是因为 vector 需要为其所有元素分配连续的内存空间。此外，vector 还可能分配额外的内存空间以支持未来的增长，但这部分空间仍然与元素数量成线性关系。

（2）时间复杂度

std::vector 的时间复杂度取决于你执行的具体操作：

访问元素：通过下标访问元素（如 vec[i]）是常数时间复杂度 O(1)，因为元素在内存中是连续存储的，可以直接通过计算偏移量来访问。
在末尾添加或删除元素：对于 push_back、pop_back 等在 vector末尾进行的操作，如果不需要重新分配内存，那么它们是常数时间复杂度 O(1)。然而，如果当前容量不足以容纳新元素，vector 会重新分配内存并复制现有元素到新位置，这种情况下时间复杂度可能达到 O(n)。但是，重新分配是摊还常数时间的，因为它不会每次都发生，且平均下来每次插入或删除操作的时间复杂度仍然是常数。
在任意位置插入或删除元素：对于 insert 和 erase 等在 vector 中间位置进行的操作，时间复杂度是 O(n)，因为可能需要移动插入点或删除点之后的所有元素。
改变 vector 的大小：使用 resize 函数改变 vector 的大小，如果新大小大于当前大小，则可能需要构造新的元素（时间复杂度与新增元素的数量成正比）；如果新大小小于当前大小，则需要删除多余的元素（时间复杂度与删除元素的数量成正比）。因此，时间复杂度至少是 O(k)，其中 k 是改变的大小量。