C++ STL vector 完全指南：從基礎操作到多維動態數組實戰

一、vector 核心特性

• 動態陣列，自動管理記憶體，支援隨機存取（O(1)）。
• 尾部插入/刪除攤還 O(1)，中間插入/刪除 O(n)。
• 迭代器支援 STL 算法（sort、find、accumulate 等）。

二、基本操作速查表

三、完整代碼範例：一維 vector 存取與遍歷

#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main() {
    vector<int> v;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) v.push_back(i * 2);

    // 方式 1：下標
    for (size_t i = 0; i < v.size(); ++i)
        cout << v[i] << ' ';
    cout << '\n';

    // 方式 2：迭代器
    for (auto it = v.begin(); it != v.end(); ++it)
        cout << *it << ' ';
    cout << '\n';

    // 方式 3：範圍 for (C++11)
    for (auto& val : v) val *= 2; // 修改元素
    for (auto val : v) cout << val << ' ';
    cout << '\n';

    return 0;
}

四、二維 vector（動態矩陣）三種定義方式

1. 固定行數，每行長度可變

// 10 行，每行初始為空 vector
vector< vector<int> > matrix(10, vector<int>());

for (int r = 0; r < 10; ++r) {
    for (int c = 0; c < 9; ++c)
        matrix[r].push_back(c * r); // 每行長度可不同
}

2. 固定行列（矩形矩陣）

int rows = 10, cols = 9;
vector< vector<int> > matrix(rows, vector<int>(cols, 0)); // 全 0 初始化

for (int r = 0; r < rows; ++r)
    for (int c = 0; c < cols; ++c)
        matrix[r][c] = r * c;

3. 完全動態：行數與列數均在運行時決定

vector< vector<int> > matrix;
vector<int> row;

for (int r = 0; r < 10; ++r) {
    matrix.push_back(row); // 先推入空行
    for (int c = 0; c < 9; ++c)
        matrix[r].push_back(c); // 再填充該行
}

五、二維 vector 遍歷與輸出

for (size_t r = 0; r < matrix.size(); ++r) {
    for (size_t c = 0; c < matrix[r].size(); ++c)
        cout << matrix[r][c] << ' ';
    cout << '\n';
}

// 或範圍 for (C++11)
for (auto& row : matrix) {
    for (auto val : row) cout << val << ' ';
    cout << '\n';
}

六、進階技巧與避坑指南

1. 記憶體連續性：vector 保證單行連續，但不同行之間不連續。需傳給 C API 時，逐行 &row[0] 處理。
2. 避免頻繁 push_back 導致重新分配：預估大小用 reserve 或構造函數指定初始大小。
3. 迭代器失效：插入/刪除/擴容後，所有迭代器、指針、引用失效，需重新獲取。
4. 交換技巧釋放記憶體：vector<int>().swap(v); 可真正歸還記憶體給 OS（C++11 後 shrink_to_fit() 同效）。
5. 二維 vector 傳參：優先用 const vector<vector<T>>& 避免拷貝。

七、性能對比建議

• 小型、固定大小矩陣：考慮 std::array 或原生陣列。
• 大型、頻繁增減行：vector<vector<T>> 靈活但記憶體碎片化。
• 高性能數值計算：推薦 Eigen、Blaze 或單維 vector 手動計算索引（idx = r * cols + c），緩存友好。

熟練掌握 vector 及其多維變體，是 C++ 開發處理動態集合、矩陣運算、圖算法等場景的基石。善用 C++11/14/17 新特性（範圍 for、結構化綁定、emplace_back）可大幅提升代碼可讀性與性能。