**C++ 中  std::vector  全面解析（從基礎到進階）

 std::vector  是 C++ 標準庫（STL）中最常用的動態數組容器，能自動管理內存、動態擴容，比手動用  new[]  分配數組更安全高效，是日常開發的“高頻工具”。下面從基礎用法到進階技巧，帶你吃透它～**

一、基礎：怎麼用  std::vector ？

1. 頭文件與初始化

用  std::vector  前必須包含頭文件  <vector> ，初始化方式有多種，按需選擇：

cpp

include <vector>

include <iostream>

using namespace std; // 簡化代碼，實際項目建議少用

int main() {

// 1. 空向量（最常用，後續動態添加元素）
vector<int> vec1;

// 2. 初始化 5 個元素，每個元素值為 0
vector<int> vec2(5, 0); 

// 3. 用列表初始化（C++11 及以後支持）
vector<int> vec3 = {1, 2, 3, 4, 5}; 

// 4. 拷貝另一個向量
vector<int> vec4(vec3); 
return 0;

}
 

2. 核心操作：增刪查改

cpp

vector<int> vec = {1, 2, 3};

// 1. 增加元素（尾插最高效，時間複雜度 O(1)）
vec.push_back(4); // 結果：[1,2,3,4]
// C++11 後支持 emplace_back（直接在容器內構造元素，比 push_back 更高效）
vec.emplace_back(5); // 結果：[1,2,3,4,5]

// 2. 刪除元素（尾刪高效，O(1)；刪除中間元素需移動數據，O(n)）
vec.pop_back(); // 刪除最後一個元素，結果：[1,2,3,4]
// 刪除指定位置元素（用迭代器）
vec.erase(vec.begin() + 1); // 刪除索引 1 的元素（值為 2），結果：[1,3,4]

// 3. 訪問元素（3種方式）
cout << vec[0]; // 1（直接用索引，無越界檢查，快）
cout << vec.at(1); // 3（帶越界檢查，越界會拋異常，安全）
cout << vec.front(); // 1（訪問第一個元素）
cout << vec.back(); // 4（訪問最後一個元素）

// 4. 修改元素
vec[2] = 10; // 結果：[1,3,10]
 

3. 常用屬性

cpp

vector<int> vec = {1,3,10};
cout << vec.size(); // 3（當前元素個數）
cout << vec.capacity(); // 3（當前容器能容納的最大元素數，未擴容時等於 size）
cout << vec.empty(); // false（判斷是否為空，空則返回 true）
vec.clear(); // 清空所有元素（size 變為 0，但 capacity 不變）
 

大標題

二、進階：理解  std::vector  的核心機制

大標題

1. 動態擴容原理

 std::vector  底層是連續內存空間，當  push_back  元素超過當前  capacity  時，會觸發“擴容”：

分配一塊更大的新內存（通常是原容量的 2 倍，不同編譯器可能有差異，比如 VS 是 1.5 倍）；

把原內存的元素拷貝/移動到新內存；

釋放原內存。

⚠️ **注意：擴容後，原有的迭代器、指針、引用會失效（因為內存地址變了），比如：

cpp

vector<int> vec = {1,2,3};
int* p = &vec[0]; // 指向第一個元素的指針
vec.push_back(4); // 若觸發擴容，p 會變成“野指針”，再用 p 訪問會出錯
 

2. 避免頻繁擴容：提前 reserve

大標題

如果知道大概要存多少元素，用  reserve(n)  提前分配  n  個容量，避免多次擴容（減少拷貝開銷）：

cpp

vector<int> vec;
vec.reserve(100); // 提前分配 100 個容量，後續添加 100 個元素不會擴容
for (int i = 0; i < 100; i++) {

vec.push_back(i);

}
 

3. 迭代器的使用（遍歷/操作）

迭代器是訪問容器的“通用指針”， std::vector  支持隨機訪問迭代器（可像指針一樣加減偏移）：

cpp

vector<int> vec = {1,3,10};

// 1. 正向遍歷
for (vector<int>::iterator it = vec.begin(); it != vec.end(); it++) {

cout << *it << " "; // 輸出：1 3 10

}

// 2. 反向遍歷（用 reverse_iterator）
for (vector<int>::reverse_iterator it = vec.rbegin(); it != vec.rend(); it++) {

cout << *it << " "; // 輸出：10 3 1

}

// 3. C++11 後簡化：範圍 for 循環（底層還是迭代器）
for (int num : vec) {

cout << num << " "; // 輸出：1 3 10

}
 

三、實戰： std::vector  的常見場景

1. 存儲自定義類型

 std::vector  不僅能存int、string等基礎類型，還能存自定義結構體/類：

cpp

struct Student {

string name;
int age;

};

int main() {

vector<Student> stu_vec;
// 用 emplace_back 直接構造 Student 對象（高效）
stu_vec.emplace_back("張三", 18);
stu_vec.emplace_back("李四", 19);

// 遍歷輸出
for (auto& stu : stu_vec) { // 用 auto 簡化類型，& 避免拷貝
    cout << stu.name << " " << stu.age << endl;
}
return 0;

}
 

2. 作為函數參數/返回值

• 傳參：建議用引用（&） 或常量引用（const &），避免拷貝整個向量（尤其是數據量大時）；
• 返回值：C++11 後支持“移動語義”，直接返回向量不會有額外拷貝開銷，放心用：

cpp

// 常量引用傳參：只讀，不修改向量
void printVec(const vector<int>& vec) {

for (int num : vec) cout << num << " ";

}

// 直接返回向量（C++11+ 高效）
vector<int> getEvenNumbers(int n) {

vector<int> res;
for (int i = 0; i <= n; i += 2) {
    res.push_back(i);
}
return res;

}

int main() {

vector<int> even_vec = getEvenNumbers(10); // 得到 [0,2,4,6,8,10]
printVec(even_vec);
return 0;

}
 

四、注意事項

不支持在中間高效插入元素：因為底層是連續內存，中間插入需要移動後續所有元素，時間複雜度 O(n)，如果需要頻繁中間插入，建議用  std::list ；

越界訪問風險：用  []  訪問時沒有越界檢查，Debug 階段可用  at()  或開啓編譯器越界檢查（如 GCC 的  -fsanitize=address ）；

清空元素不釋放內存： clear()  只會把  size  設為 0， capacity  不變，若想釋放內存，可藉助“臨時向量”的特性：

cpp

vector<int> vec = {1,2,3,4,5};
vec.clear(); // size=0，capacity=5
// 用臨時向量交換，釋放內存（capacity 會變成 0）
vector<int>().swap(vec);
 

 std::vector  是 C++ 開發的“基石工具”，掌握它的基礎用法、擴容原理和實戰技巧，能解決大部分動態數組場景的需求，日常開發中優先用它，而非手動管理數組～**