C++的标准模板库STL中实现的数据结构之顺序表vector的分析与使用

摘要

本文主要借助对C++的标准模板库STL中实现的数据结构的学习和使用来加深对数据结构的理解，即联系数据结构的理论分析和具体的应用实现（STL），本文是系列总结的第一篇，主要针对线性表中的顺序表（动态数组）STL vector进行分析和总结。

引言

由于前段时间对台大的机器学习基石和技法课程进行了学习，发现在具体的实现中常常涉及到各种类型的数据结构，比如线性表、二叉树、图等，在使用这些数据结构时感到有些吃力，主要是对一些基本的数据结构理解的不够，所以趁着暑假假期，最近一段时间总会抽空复习一下数据结构，参考的教材是王立柱编著的《C/C++与数据结构》，在具体的应用中采用的是C++标准模板库STL中对应实现的数据结构，主要参考的是MSDN文档。

正文

基本数据结构

数据结构中最简单的一个实现就是线性表中的顺序表，其数据结构如图所示：

数据结构上的实现为：

typedef struct

{

  DataType *m_pData;

    int m_nMax,m_nSize;

}SeqList;

typedef int DataType;

从结构上看，顺序表就是一个动态数组，需要有一个容量为m_nMax和一个用来记录表中已经有多少数据的m_nSize。而动态数组的容量在运行过程中是可以扩充和缩减的。因此也就比单纯的数组具有更加灵活的结构！

顺序表在C++的标准模板库中的实现

对应在C++的STL标准模板库中的实现是模板 vector：

<span style="font-size:18px;">template <
   class Type, 
   class Allocator = allocator<Type> 
>
class vector</span>

其中，Type是vector中存储的数据类型，使用时要包括头文件<vector>和命名空间std。

vector模板类中使用的数据类型

首先先认识一下vector模板类中最常使用的数据类型：

iterator 迭代器

用来提供对vector中元素随机访问的一个数据类型，可读可修改。

const_iterator 常量迭代器

用来提供对vector中元素随机访问，只能读一个const不变的元素。

具体使用如下：

<span style="font-size:18px;">// vector_begin.cpp
// compile with: /EHsc
#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
    using namespace std;
    vector<int> c1;
    vector<int>::iterator c1_Iter;
    vector<int>::const_iterator c1_cIter;

    c1.push_back(1);
    c1.push_back(2);

    cout << "The vector c1 contains elements:";
    c1_Iter = c1.begin();
    for (; c1_Iter != c1.end(); c1_Iter++)
    {
        cout << " " << *c1_Iter;
    }
    cout << endl;

    cout << "The vector c1 now contains elements:";
    c1_Iter = c1.begin();
    *c1_Iter = 20;
    for (; c1_Iter != c1.end(); c1_Iter++)
    {
        cout << " " << *c1_Iter;
    }
    cout << endl;

    // The following line would be an error because iterator is const
    // *c1_cIter = 200;
}</span>

vector模板类的成员函数

assign 

擦除改vector，并复制具体的元素到这个矢量中。

<span style="font-size:18px;">// vector_assign.cpp
// compile with: /EHsc
#include <vector>
#include <iostream>

int main( )
{
   using namespace std;
   vector<int> v1, v2, v3;
   vector<int>::iterator iter;

   v1.push_back(10);
   v1.push_back(20);
   v1.push_back(30);
   v1.push_back(40);
   v1.push_back(50);

   cout << "v1 = " ;
   for (iter = v1.begin(); iter != v1.end(); iter++)
      cout << *iter << " ";
   cout << endl;

   v2.assign(v1.begin(), v1.end());
   cout << "v2 = ";
   for (iter = v2.begin(); iter != v2.end(); iter++)
      cout << *iter << " ";
   cout << endl;

   v3.assign(7, 4) ;
   cout << "v3 = ";
   for (iter = v3.begin(); iter != v3.end(); iter++)
      cout << *iter << " ";
   cout << endl;
}</span>

输出为：

v1 = 10 20 30 40 50 
v2 = 10 20 30 40 50 
v3 = 4 4 4 4 4 4 4

front和back 

分别返回vector中第一个和最后一个元素的引用。使用案例如下：

<span style="font-size:18px;">// vector_back.cpp
// compile with: /EHsc
#include <vector>
#include <iostream>

int main() {
   using namespace std;   
   vector <int> v1;
   
   v1.push_back( 10 );
   v1.push_back( 11 );

   int& i = v1.back( );
   const int& ii = v1.front( );

   cout << "The last integer of v1 is " << i << endl;
   i--;
   cout << "The next-to-last integer of v1 is "<< ii << endl;
}</span>

输出为：

The last integer of v1 is 11
The next-to-last integer of v1 is 10

其他操作函数 

swap在两个vector之间交换元素；size获取表中数据的个数；resize重新调整vector的数据个数；reserve保留一个最小长度的存储空间；push_back(size加1)和pop_back(size－1)实现的是在vector尾部插入和删除数据；insert在特定的位点插入一个或许多元素；erase擦掉一个或者一段范围内的元素。clear是擦除整个vector中的元素（size=0）。

重载运算符 

[]使得vector可以像数组一样访问；=使得vector可以直接用右边的矢量去替换，而不用对左边进行存储空间的初始化等操作。

其他注意事项和使用经验 

有了以上的说明，我们在使用时，还需要知道一下的几种初始化，vector嵌套的定义和使用小技巧等：

vector<vector<float>> test = vector<vector<float>>(5,vector<float>(6, 0.0f));

这样就初始化了一个二维的float 型 vector，现在test里面装有5个float型的vector<float>,而这个float型的vector<float>又被初始化为6个0.0f的一维vector。

在C++中常常使用引用&作为函数的形参，比如vectorMutiply(vector<float>& x1, vector<float>& x2)；

定义完vector，没有进行初始化操作，直接采用push_back()的方法可以进行插入，vector的最大存储空间capacity会动态的增加，用户不需要进行手动的调整。另外，可以直接利用等号=进行copy赋值操作，它的空间会系统自动分配。