std::vector в C++: динамические массивы, итераторы и практические примеры

Что такое std::vector в C++?

std::vector — это динамический массив, который автоматически меняет свой размер при добавлении или удалении элементов. Элементы хранятся непрерывно, обеспечивая быстрый индексированный доступ и перебор через итераторы.

Вставка в конец выполняется за амортизированное постоянное время. Удаление последнего элемента — тоже постоянное время, в то время как вставка или удаление в начале или середине требует сдвига элементов, что линейно по времени.

Когда использовать vector?

• Когда нужен контейнер переменного размера для элементов, меняющихся со временем.
• Когда итоговый размер коллекции неизвестен на этапе компиляции.

Как инициализировать векторы в C++

std::vector<тип> имя (размер, значение); // размер и значение опциональны

• тип задаёт тип элементов.
• имя — идентификатор вектора.
• Опциональный размер резервирует место; значение инициализирует все элементы.

Итераторы

Итераторы предоставляют указатель-подобный интерфейс к элементам вектора. Часто используемые функции:

• begin() — итератор на первый элемент.
• end() — итератор за последним элементом.
• cbegin() — константный итератор на первый элемент.
• cend() — константный итератор за последним элементом.

Модификаторы

Модификаторы изменяют содержимое вектора. Ключевые функции:

• push_back() — добавить элемент в конец.
• insert() — вставить в указанную позицию.
• pop_back() — удалить последний элемент.
• erase() — удалить диапазон элементов.
• clear() — удалить все элементы.

Пример 1: Базовая итерация

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> nums;
    for (int a = 1; a <= 5; ++a) {
        nums.push_back(a);
    }
    std::cout << "Output from begin and end: ";
    for (auto it = nums.begin(); it != nums.end(); ++it) {
        std::cout << *it << ' ';
    }
    std::cout << "\nOutput from cbegin and cend: ";
    for (auto it = nums.cbegin(); it != nums.cend(); ++it) {
        std::cout << *it << ' ';
    }
    return 0;
}

Вывод:

Пример 2: Продвинутые модификаторы

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> nums;
    nums.assign(5, 1); // пять элементов, все инициализированы 1
    std::cout << "Vector contents: ";
    for (size_t i = 0; i < nums.size(); ++i) {
        std::cout << nums[i] << ' ';
    }
    nums.push_back(2);
    std::cout << "\nLast element: " << nums.back();
    nums.pop_back();
    std::cout << "\nVector contents: ";
    for (int a : nums) std::cout << a << ' ';
    nums.insert(nums.begin(), 7);
    std::cout << "\nFirst element: " << nums.front();
    nums.clear();
    std::cout << "\nSize after clear(): " << nums.size();
    return 0;
}

Вывод:

Функции ёмкости (capacity)

Определение и управление характеристиками хранения вектора:

• size() — текущее число элементов.
• max_size() — теоретический максимум элементов.
• capacity() — выделенная ёмкость памяти.
• resize(n) — изменить число элементов на n, добавляя или удаляя по необходимости.
• empty() — true, если вектор пуст.

Пример 3: Исследование ёмкости

#include <iostream>
#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> vector1;
    for (int x = 1; x <= 10; ++x) {
        vector1.push_back(x);
    }
    std::cout << "Vector size: " << vector1.size() << std::endl;
    std::cout << "Vector capacity: " << vector1.capacity() << std::endl;
    std::cout << "Maximum size of vector: " << vector1.max_size() << std::endl;
    vector1.resize(5);
    std::cout << "Vector size after resizing: " << vector1.size() << std::endl;
    if (!vector1.empty())
        std::cout << "Vector is not empty" << std::endl;
    else
        std::cout << "Vector is empty" << std::endl;
    return 0;
}

Вывод:

Ключевые выводы

• std::vector — высокоэффективный автоматически расширяемый контейнер.
• Элементы размещены в непрерывной памяти, давая быстрый произвольный доступ.
• Вставка и удаление в конце — амортизированное O(1); в начале или середине — O(n).
• Векторы идеальны для сценариев с непредсказуемыми или меняющимися размерами данных.