Урок №95. std::vector (векторы)
Обновл. 26 Ноя 2021 |
На предыдущем уроке мы рассматривали std::array, который является более безопасной и удобной формой обычных фиксированных массивов в языке C++. Аналогично, в Стандартной библиотеке C++ есть и улучшенная версия динамических массивов (более безопасная и удобная) — std::vector.
В отличие от std::array, который недалеко отходит от базового функционала обычных фиксированных массивов, std::vector идет в комплекте с дополнительными возможностями, которые делают его одним из самых полезных и универсальных инструментов в языке C++.
Векторы
Представленный в C++03, std::vector (или просто «вектор») — это тот же динамический массив, но который может сам управлять выделенной себе памятью. Это означает, что вы можете создавать массивы, длина которых задается во время выполнения, без использования операторов new и delete (явного указания выделения и освобождения памяти). std::vector находится в заголовочном файле vector. Объявление std::vector следующее:
Обратите внимание, что в неинициализированном, что в инициализированном случаях вам не нужно явно указывать длину массивов. Это связано с тем, что std::vector динамически выделяет память для своего содержимого по запросу.
Подобно std::array, доступ к элементам массива может выполняться как через оператор [] (который не выполняет проверку диапазона), так и через функцию at() (которая выполняет проверку диапазона):
В таком случае вектор будет самостоятельно изменять свою длину, чтобы соответствовать количеству предоставленных элементов.
Нет утечкам памяти!
Когда переменная-вектор выходит из области видимости, то она автоматически освобождает память, которую контролировала (занимала). Это не только удобно (так как вам не нужно это делать вручную), но также помогает предотвратить утечки памяти. Рассмотрим следующий фрагмент:
Однако, если бы array был вектором, то подобное никогда бы и не произошло, так как память освобождалась бы автоматически при выходе array из области видимости (независимо от того, выйдет ли функция раньше из области видимости или нет). Именно из-за этого использование std::vector является более безопасным, чем динамическое выделение памяти через оператор new.
Длина векторов
В отличие от стандартных динамических массивов, которые не знают свою длину, std::vector свою длину запоминает. Чтобы её узнать, нужно использовать функцию size():
Изменить длину стандартного динамически выделенного массива довольно проблематично и сложно. Изменить длину std::vector так же просто, как вызвать функцию resize():
The length is: 7
0 1 2 0 0 0 0
Длину вектора также можно изменить и в обратную сторону (обрезать):
The length is: 4
0 1 4 7
Изменение длины вектора является затратной операцией, поэтому вы должны стремиться минимизировать количество подобных выполняемых операций.
Заключение
Это вводная статья, предназначенная для ознакомления с основами std::vector. На следующих уроках мы детально рассмотрим std::vector, в том числе и разницу между длиной и ёмкостью вектора, и то, как в std::vector выполняется выделение памяти.
Поскольку переменные типа std::vector могут сами управлять выделенной себе памятью (что помогает предотвратить утечку памяти), отслеживают свою длину и легко её изменяют, то рекомендуется использовать std::vector вместо стандартных динамических массивов.
Поделиться в социальных сетях:
Урок №94. Введение в std::array
Комментариев: 17
Я не очень поняла один момент, может, кто-то сможет подсказать, буду признательна)
В начале урока написано: «Начиная с C++11, вы также можете присваивать значения для std::vector, используя список инициализаторов … В таком случае вектор будет самостоятельно изменять свою длину, чтобы соответствовать количеству предоставленных элементов.»
А в конце показывают функцию resize( ), которая делает то же самое, но при этом является затратной.
Так вооот, насколько затратным будет изменить длину вектора через список инициализаторов и зачем тогда нужна отдельная функция? Только для работы с крупными объемами данных, чтобы не переписывать их все вручную? Или есть ещё что-то?
Юрий, вы восхитительны! У вас не только классные уроки, но и абсолютно замечательная система кросс-навигации между ними — на сайт изначально попала в поисках информации про классы. Пойду читать ваши уроки с самого начала, у меня хоть какая-то минимальная база знаний и есть, но всё равно так много новых и полезных штук открываю 🙂
Контейнер vector в C++
Содержание
Особенности
Рекомендации
Разработчики языка C++ рекомендуют в использовать именно vector вместо ручного выделения памяти для обычного массива. Это позволяет избежать утечек памяти и облегчает работу программисту.
В C и C++ имеются некоторые серьёзные неудобства при работе с обычными массивами, поэтому при работе с C++ чаще всего используют именно массивы типа vector как базовые.
Заголовочные файлы
Для работы со стандартными для C++ векторами надо обязательно подключить заголовочный файл «vector» (без Си суффикса/расширения «.h», т.к. это заголовочный файл сугубо C++, т.е. пишется просто ):
Примеры
Декларация и инициализация
Пустые именованные вектора
Пустой именованный вектор. Вектор с неопределенным размером из элементов типа float :
или с явным вызовом конструктора без параметров:
Пустые и непустые безымянные вектора
Пустой безымянный вектор:
Непустой/заполненный безымянный вектор:
Создание и задание вектора
Вектор типа int из заданных элементов:
Инициализация вектора подобно массивам:
Указание размера и авто-заполнение
В заголовочн. файле:
В заголовочн. файле:
Автоматическое создание и заполнение из других векторов и массивов
Инициализация вектора из массива. Результирующий вектор будет аналогом массива, т.е. будет такой же длинны/размера и содержать все элементы массива в том же порядке:
Инициализация вектора из другого вектора:
Инициализация всех элементов определенным значением с помощью функции заливки std::fill (необходимо подключение хедера «algorithm»):
Копирование вектора. Создание одного вектора на основе другого. Создание вектора и заполнение его другим, т.е. элементами др. вектора:
Динамически создаваемый находящийся в управляемой куче вектор
Создание указателя на динамически создаваемый находящийся в управляемой куче вектор:
Динамическое создание в управляемой куче пустого вектора и указателя на него:
Декларация и дефинация
Дефинация
Задать 3 элемента, каждый имеет значение 5:
Добавление
Управление элементами вектора
Добавление/вставка нового элемента в конец вектора с помощью метода push_back :
Вставка нового элемента в начало (остальные элементы сдвигаются):
Удаление элемента из начала (остальные элементы сдвигаются):
Перебор элементов вектора
Стандартный перебор элементов вектора с помощью цикла for :
Перебор элементов вектора с помощью цикла foreach :
Перебор элементов вектора с помощью итератора:
Стандартный перебор элементов динамически создаваемого находящегося в управляемой куче вектора через указатель на него с помощью цикла for :
Разное поведение uniform-инициализации
| Стейтмент | Что будет, если это написано в(о) | |
|---|---|---|
| описании сост. типа дан. (класса/структуры) | всём остальном | |
| std::vector num<7>; | Создаст 7 пустых ячеек, т.е. со знач. по-умолчанию для типа (для int это 0 ). | Создаст 1 ячейку со знач. 7, т.е. просто добавит 7 в массив. |
| std::vector num<7, 5>; | Создаст 7 ячеек со значением 5. | Создаст 2 ячейки со знач. 7 и 5, т.е. просто добавит 7 и 5 в массив. |
| std::vector num<7, 5, 9>; | Выдаст ошибку о том, что к классе-шаблоне vector нет функции, принимающей столько аргументов. | Создаст 3 ячейки со знач. 7, 5 и 9, т.е. просто добавит 7, 5 и 9 в массив. |
Такое поведение имеет место быть, по крайней мере, в стандарте C++11 в IDE Visual Studio 2013.
Операторы
Операторы класса vector :
Методы
Методы класса vector :
Отличия от массивов
Несмотря на то, что вектора полностью покрывают функционал массивов, всё же у массивов есть некоторые существенные отличия, что могут быть расценены как их достоинства перед векторами.
Указание размеров в заголовочных файлах
Примеры
Для массива можно задать размер при декларации в заголовоч. файле:
Для вектора так сделать нельзя:
В этом случ., напр., в IDE Visual Studio IntelliSense будет подчёркивать красным число, что указывает размер вектора, и говорить, что тут требуется спецификатор типа.
С помощью uniform-инициализации можно задавать размер векторов при декларации их в заголовочн. файлах:
Собственный vector на c++
Что нужно знать для реализации?
Move семантика (Дополнительный этап)
rValue и lValue ссылки (Дополнительный этап)
Итераторы (Дополнительный этап)
Введение
Я буду использовать c++20. Также эта статья разбита на этапы:
Первый этап
Для начала нужно создать шаблонный класс. Для этого используется template
Далее определяем какие поля будет содержать класс:
Указатель на область памяти, где будет находиться массив.
Размер вектора (size)
Максимальный размер вектора (capacity)
Также надо добавить конструктор класса.
Второй этап
Теперь нужно добавить эти методы:
Метод, который проверяет пустой ли список
Метод получения размера вектора
Метод получения максимального размера вектора
Метод выделения новой памяти
Метод добавления элемента
Метод удаления элемента
1) Метод, который проверяет пустой ли список
2) Метод получения размера вектора
3) Метод получения максимального размера вектора
4) Метод выделения новой памяти
5) Метод добавления элемента
6) Метод удаления элемента
Чтобы удалить элемент в начале или в середине, нужно переместить все элементы, которые правее данного, на 1 ячейку. А затем уменьшить size_ на 1. Если же этот элемент находиться в конце массива, мы просто уменьшаем size_ на 1.
Третий этап
В этом этапе мы добавим:
Оператор обращения по индексу
Оператор записи в поток
1) Оператор обращения по индексу
Таких операторов должно быть два:
Оператор, который возвращает обычную ссылку на элемент
Оператор, который возвращает константную ссылку на элемент
2) Деструктор
Деструктор нужен для того, чтобы, после выхода из области видимости, вектор сам удалял указатель.
3) Оператор записи в поток
Дополнительный этап
Конструкторы с move семантикой
1) Итераторы
2) Конструкторы с move семантикой
Это нужно, чтобы вектор корректно копировался и перемещался.
Когда же мы вызываем конструктор с lvalue-ссылкой, то удаляем текущий указатель arr_ и перемещаем всю информацию о векторе other в текущий вектор.
3) Операторы присваивания
Это то же самое, что конструкторы копирования и конструкторы с move семантикой, только операторы.
Итоги
Теперь вы понимаете, как работает вектор в С++. Полный код можно найти на github.
Векторы в C++: для начинающих
Всем привет! До этого дня мы использовали чистые массивы. Чистые — это значит простые массивы, не имеющие у себя в багаже различных функций. В этом уроке мы пройдем нечистые массивы — векторы.
Быстрый переход по статье:
Что такое вектор (vector)
Что такое вектор (vector)Вектор — это структура данных, которая уже является моделью динамического массива.
Давайте вспомним о том, что для создания динамического массива (вручную) нам нужно пользоваться конструктором new и вдобавок указателями. Но в случае с векторами всего этого делать не нужно.
Вообще, по стандарту пользоваться динамическим массивом через конструктор new — не есть правильно. Так как в компьютере могут происходить различные утечки памяти.
Как создать вектор (vector) в C++
Кстати, сейчас и в будущем мы будем использовать именно шаблон вектора. Например, очередь или стек, не созданные с помощью массива или вектора, тоже являются шаблонными.
Далее, чтобы объявить вектор, нужно пользоваться конструкцией ниже:
В примере выше мы создали вектор строк.
Кстати, заполнить вектор можно еще при инициализации (другие способы мы пройдем позже — в методах вектора). Делается это также просто, как и в массивах. Вот так:
После имени вектора ставим знак равенства и скобки, в которых через пробел указываем значение элементов.
Такой способ инициализации можно использовать только в C++!
Второй способ обратиться к ячейке
Но в C++ есть еще один способ это сделать благодаря функции — at(). В скобках мы должны указать индекс той ячейки, к которой нужно обратиться.
Вот как она работает на практике:
Давайте запустим эту программу:
Как указать количество ячеек для вектора
Указывать размер вектора можно по-разному. Можно это сделать еще при его инициализации, а можно хоть в самом конце программы. Вот, например, способ указать длину вектора на старте:
Так в круглых скобках () после имени вектора указываем первоначальную длину. А вот второй способ:
Вы можете задать логичный вопрос:»А в чем разница?». Давайте создадим два вектора и по-разному укажем их количество ячеек.
Как видим, в первом случае мы вывели три нуля, а во втором: 17, 0, 0.
Все потому, что при использовании первого способа все ячейки автоматически заполнились нулями.
При объявлении чего-либо (массива, вектора, переменной и т.д) мы выделяем определенное количество ячеек памяти, в которых уже хранится ненужный для ПК мусор. В нашем случае этим мусором являются числа.
Поэтому, когда мы вывели второй вектор, в нем уже находились какие-то рандомные числа — 17, 0, 0. Обычно они намного больше. Можете кстати попробовать создать переменную и вывести ее значение.
Нужно помнить! При использовании второго способа есть некоторый плюс — по времени. Так как для первого способа компилятор тратит время, чтобы заполнить все ячейки нулями.
Как сравнить два вектора
Как сравнить два вектораЕсли в середине программы нам понадобиться сравнить два массива, мы, конечно, используем цикл for и поочередно проверим все элементы.
Вектор снова на шаг впереди! Чтобы нам сравнить два вектора, потребуется применить всего лишь оператор ветвления if.
Как инициализировать std : vector в C++ с примерами?
Векторы кажутся контейнерами последовательностей, которые содержат массивы, размер которых может увеличиваться или уменьшаться. В результате нам не нужно определять его длину при объявлении, и мы можем изменить ее позже в скрипте. Мы можем гибко изменять размер std :: vector во время выполнения программы в соответствии с нашими требованиями, в отличие от std :: array, размер которого устанавливается в момент создания и остается неизменным до времени компиляции. Мы не знаем размер массива до момента сборки в этих ситуациях (пока машина компилирует программу). std :: vector здесь очень удобен.
Синтаксис
Синтаксис определения std :: vector аналогичен синтаксису std :: array, за исключением того, что вам не нужно указывать размер массива вместе с типом данных, как можно увидеть здесь.
Давайте начнем, чтобы получить четкое представление о станде :: вектор в C языке. Изначально от нас требовалось открыть систему Ubuntu 20.04. После этого, вам необходимо войти в систему из него первым, а затем откройте приложение терминала консоли, чтобы начать работать с помощью Ctrl + Alt + T. Убедитесь, что у вас установлен пакет компилятора языка C ++ в системе Ubuntu 20.04, потому что без него мы не сможем выполнить наш код. Если у вас его нет, установите компилятор G ++ с помощью приведенной ниже команды после обновления вашей системы и ее пакета apt:
Пример 1
Теперь ваша система готова к использованию. В нашем первом примере был бы пустой вектор, а затем добавляемые значения запускались одно за другим. Используя оболочку терминала, мы должны создать новый файл, чтобы добавить в него код. Убедитесь, что вы создали файл с расширением «.cc », представляющий код C ++. Следовательно, мы создали файл с именем » main.cc «, чтобы добавить в него код C ++ с помощью инструкции „touch“ следующим образом:
По умолчанию файл добавлен в основной каталог нашей системы. Вы можете открыть его оттуда или напрямую через терминал, используя любой редактор. Следовательно, мы использовали редактор GNU Nano, чтобы открыть его с помощью указанного ниже запроса.
Теперь файл открыт в редакторе, вставьте в него код, показанный ниже. Этот код содержит стандартную библиотеку ввода-вывода и поддержку языка c. После этого мы объявили в нем пространство имен. Основная функция инициализирована. Мы объявили пустой вектор целочисленного типа с именем » var «, размер которого не указан в основном методе. После этого мы использовали встроенный метод push_back () для добавления значений в вектор » var » одно за другим. Затем мы объявили цикл «for», чтобы получить значения вектора » var » и распечатать их в оболочке. Нажмите » Ctrl + S «, чтобы сохранить код, и » Ctrl + X «, чтобы выйти из файла и вернуться в терминал.
Итак, вам нужно сначала скомпилировать код файла, чтобы выполнить его в оболочке. Следовательно, для этого используйте установку g ++ вместе с именем файла main.cc в запросе:
Компиляция прошла успешно, ошибок нет. Следовательно, выполните свой файл с запросом » a.out «, как показано ниже. Вывод покажет вам три числа, которые были помещены в вектор «var».
Пример 2
В этом примере мы инициализируем размер вектора, а также его значение. Поэтому откройте файл main.cc еще раз, чтобы обновить наш предыдущий код.
Теперь файл открыт, обновите свой код, как показано ниже. Общий код такой же, за исключением того, что мы инициализировали целочисленную переменную «p» значением 5. Эта переменная будет использоваться в качестве размера вектора в следующих строках кода. В следующей строке мы использовали «p» в качестве размера вектора и значение «15» в качестве его значения. Это означает, что на выходе должно быть значение 15,5 раз. И снова цикл «for» используется для вывода значений вектора в оболочку. Сохраните свой код и оставьте файл main.cc.
Снова скомпилируйте файл обновления, чтобы внести изменения, используя компилятор g ++, как показано ниже. После компиляции запустите ваш файл, используя запрос «a.out». Вы можете наблюдать, как он отображает значение 15 пять раз в оболочке.
Пример 3
Мы также можем объявить вектор, как мы объявляем массив. Это означает, что мы можем присваивать значения вектору в его объявлении. Следовательно, в этом примере мы обсудим, как это сделать. Итак, откройте документ main.cc из домашнего каталога с помощью редактора GNU в оболочке, как показано в запросе ниже.
После того, как файл был открыт, вставьте в него код, добавленный ниже. Вы можете видеть, что код сравним с предыдущим, так как мы его особо не меняли. Изменение касается только строки оператора вектора. Мы инициализировали вектор вместе со значениями в нем, например, «100», «200» и «300» как массив. Затем мы использовали цикл for для вывода этих значений вектора в оболочку. После завершения кода сохраните файл и перейдите к оболочке терминала.
Компиляция и выполнение файла будут выполняться с использованием тех же предыдущих команд.
Пример 4
Вышеупомянутый пример был о добавлении значений к вектору, как мы это делаем в массиве. На этот раз у нас будет вектор, который будет инициализирован из некоторого массива. Снова откройте файл в редакторе для обновления.
Мы инициализировали массив «A» в основном методе с 5 значениями в нем. Целое число p использовалось для получения целочисленных значений из размера массива. Вектор был инициализирован при использовании массива «A» в качестве его значения вместе с целым числом p.
Пример 5
Вы также можете инициализировать некоторый вектор из другого вектора. Для этого мы обновим наш код, открыв тот же файл.
Мы объявили вектор целочисленного типа var1 с некоторыми значениями целочисленного типа в основной функции. Затем мы объявили еще один вектор целочисленного типа, но не дали ему прямых значений, как обычно. Мы использовали начать () и » конец метод» с именем вектора 1: » var1 «, чтобы добавить значения вектора 2: » var2 «. Когда мы напечатали вектор 2 в цикле » for «, он работает довольно хорошо.
Код работает нормально, как показано на картинке.
Пример 6
В этом примере мы будем использовать другой метод для инициализации вектора std. Снова откройте файл через консоль оболочки, как показано ниже.
Мы объявили вектор » var1 ″ размером 100 с помощью оператора » std :: «. Инициализировано целое число со значением 5. Мы использовали метод » fill » для добавления значений в вектор » var1 ″. Цикл For был снова использован для вывода значений.
Вы можете видеть, что результат показывает, что были отображены 100 значений.
Заключение
Вы закончили почти все иллюстрации векторов в системе Ubuntu 20.04. Обязательно реализуйте все необходимые примеры, чтобы получить практический опыт.