C++ STL vector 完整使用指南

vector 簡介

vector 是 STL 中最常用的順序容器，底層由動態數組實現，支持隨機訪問（下標操作），可存放任意類型元素。與靜態數組不同，vector 會自動管理內存，隨元素插入自動擴容。

內存擴容機制

• 初始容量通常為 0 或指定大小。
• 當 size() == capacity() 時再插入元素，會重新分配約 1.5~2 倍的新內存，將舊元素拷貝/移動過去，釋放舊內存。
• 此過程導致所有迭代器、指針、引用失效。
• 可用 reserve(n) 預分配內存，避免頻繁擴容提升性能。

常用操作總表

初始化方式

vector<int> v1;                 // 空
vector<int> v2(v1);             // 拷貝
vector<int> v3(10);             // 10 個默認值
vector<int> v4(10, 5);          // 10 個 5
vector<int> v5(arr, arr+5);     // 從數組區間構造
vector<int> v6{1,2,3,4,5};      // C++11 列表初始化

迭代器遍歷示例

for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
    cout << *it << ' ';
for (auto &x : v)  // C++11 範圍 for
    cout << x << ' ';

性能優化建議

1. 預留容量：大量 push_back 前調用 reserve()，避免多次擴容拷貝。
2. 縮容釋放內存：vector<int>(v).swap(v) 或 C++11 v.shrink_to_fit()。
3. 避免迭代器失效：插入/刪除後重新獲取迭代器；或使用下標訪問。

常見陷阱

• v[i] 不做邊界檢查，v.at(i) 會拋出異常。
• 擴容後所有迭代器、指針、引用失效，繼續使用會導致未定義行為。
• pop_back 不減少 capacity，內存不會自動釋放。

總結

vector 結合了數組的高效隨機訪問與動態內存管理的靈活性，是 C++ 開發中最基礎也最重要的容器。掌握其擴容機制、迭代器失效規則及優化技巧，能寫出高性能、健壯的代碼。