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C++ vector(STL) 用法與範例

vector 是 C++ 標準模板庫（STL）中的一種動態陣列（dynamic array），能夠根據需要自動調整大小。與傳統陣列不同的是，vector 在建立時不需要預先指定大小，可以在執行期間動態新增或移除元素。

初始化​

以 {value1, value2,…} 初始化​

  • Time Complexity: O(n)
#include <vector>
using namespace std;

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

以特定元素個數初始化​

  • Time Complexity: O(n)
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v(5); // 初始化一個有5個元素的 vector，元素未賦初值

以特定元素個數帶有特定初始值初始化​

  • Time Complexity: O(n)
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v(5, 10); // 初始化一個有5個元素的 vector，每個元素的初始值為10

從其他 vector 初始化​

  • Time Complexity: O(n)
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> original = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> v(original.begin(), original.end()); // 透過拷貝 original vector 的方式初始化

初始化 size 為 (m, n) 的 2D vector​

  • Time Complexity: O(m * n)
#include <vector>
using namespace std;

vector<vector<int>> v(3, vector<int>(4, 0)); // 初始化一個3行4列的二維 vector，每個元素的初始值為0


取值​

取得第 ｉ個元素: v[i]​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v[0] << "\n"; // 1

使用 .at() 方法安全取值: v.at(i)​

  • Time Complexity: O(1)
  • 檢查索引超出範圍會拋出 out_of_range 異常
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.at(2); // 3

取得第一個元素: v.front()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.front(); // 1

取得最後一個元素: v.back()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.back(); // 3

取得數據指針: v.data()​

  • Time Complexity: O(1)
  • 提供直接訪問 vector 元素的指針
vector<int> v = {1, 2, 3};
int* ptr = v.data();
cout << *ptr; // 1

容量​

取得元素個數: v.size()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.size(); // 3

檢查 vector 是否為空: v.empty()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.empty(); // 0 (false)

取得 vector 的容量: v.capacity()​

  • Time Complexity: O(1)
  • 表示 vector 目前可存放的最大元素數量，可能大於 size()
vector<int> v = {1, 2, 3};
cout << v.capacity(); // 可能是 3 或更大的數字

改變 vector 的大小: v.resize(n)​

  • Time Complexity: O(n) if the new size is greater than the old size
  • 重新設定 vector 的元素個數，多出的元素初始化為0
vector<int> v = {1, 2, 3};
v.resize(5);
cout << v.size(); // 5

保證最小容量: v.reserve(n)​

  • Time Complexity: O(n) if the new capacity is greater than the current capacity
  • 確保 vector 至少可以存放 n 個元素，不影響 size()
vector<int> v = {1, 2, 3};
v.reserve(10);
cout << v.capacity(); // 至少是 10

修改​

將元素加到 vector 尾端: v.push_back()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
v.push_back(4); // {1, 2, 3, 4}

刪除 vector 尾端的元素: v.pop_back()​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
v.pop_back(); // {1, 2, 3}

在 vector 中插入元素: v.insert(pos, val)​

  • Time Complexity: O(n)
  • pos 是指向 vector 中插入點的迭代器
vector<int> v = {1, 2, 4};
v.insert(v.begin() + 2, 3); // {1, 2, 3, 4}

修改指定位置的元素: v[index] = value​

  • Time Complexity: O(1)
vector<int> v = {1, 2, 3};
v[1] = 5; // {1, 5, 3}

清空 vector 內的所有元素: v.clear()​

  • Time Complexity: O(n)
  • 清空 vector 中的所有元素，將 size 重設為 0，但不改變 capacity
vector<int> v = {1, 2, 3};
v.clear(); // {}

使用 erase() 移除元素: v.erase(pos)​

  • Time Complexity: O(n)
  • pos 是指向 vector 中要刪除元素的迭代器
vector<int> v = {1, 2, 3, 4};
v.erase(v.begin() + 1); // {1, 3, 4}

使用 erase() 範圍移除元素: v.erase(start, end)​

  • Time Complexity: O(n)
  • start 和 end 是指向 vector 中要刪除範圍的起始和結束迭代器
vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
v.erase(v.begin() + 1, v.begin() + 3); // {1, 4, 5}

使用 sort() 排序​

  • 使用 <algorithm> 中的 sort() 函數對 vector 進行排序。默認情況下，它對元素進行升序排序。
  • Time Complexity: O(n log n)
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v = {30, 10, 20};
sort(v.begin(), v.end()); // 升序排序

使用自定義比較器排序​

  • 可以提供自定義的比較函數來改變排序規則（如降序）。
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v = {30, 10, 20};
sort(v.begin(), v.end(), greater<int>()); // 降序排序

使用 reverse() 反轉​

  • 使用 <algorithm> 頭文件中的 reverse() 函數來反轉 vector 中的元素。
  • Time Complexity: O(n)
#include <algorithm>
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v = {1, 2, 3};
reverse(v.begin(), v.end()); // {3, 2, 1}

使用迭代器取得特定範圍的 Slice​

  • Slice不是 C++ 標準庫中的直接功能，但可以通過使用迭代器和構造函數實現。
  • 擷取一部分元素以創建新的 vector。
#include <vector>
using namespace std;

vector<int> v = {1, 2, 3, 4, 5};
vector<int> slice(v.begin() + 1, v.begin() + 4); // 從索引 1 到 3 的切片 {2, 3, 4}


迭代器​

取得開始迭代器: v.begin()​

  • 返回指向 vector 第一個元素的迭代器
vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin(); // 指向 1

取得結束迭代器: v.end()​

  • 返回指向 vector 最後一個元素之後的位置的迭代器，通常用於標示範圍的結束
vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.end(); // 指向 3 之後的位置

使用迭代器遍歷 vector​

  • 可以使用迭代器在 vector 中進行遍歷
vector<int> v = {1, 2, 3};
for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it) {
    cout << *it << " "; // 輸出 1 2 3
}

使用 rbegin() 和 rend() 獲得反向迭代器​

  • rbegin() 返回指向 vector 最後一個元素的反向迭代器
  • rend() 返回指向 vector 第一個元素之前的位置的反向迭代器
vector<int> v = {1, 2, 3};
for (auto rit = v.rbegin(); rit != v.rend(); ++rit) {
    cout << *rit << " "; // 輸出 3 2 1
}

使用迭代器修改元素​

  • 迭代器不僅可以訪問元素，也可以修改它們
vector<int> v = {1, 2, 3};
auto it = v.begin();
*it = 4; // 將第一個元素修改為 4
cout << v[0]; // 輸出 4


Reference​