【stanford C++】容器III——Vector类

主要介绍如下5个容器类——Vector， Stack，Queue，Map和Set，各个都表示一重要的抽象数据类型。另外，各个类都是一些简单类型的值的集合，所以称它们为容器类。

暂且我们先不需要知道它们是如何实现的，我们先来学习一下如何使用它们。

为了能使用这些容器类，必须包含适合的接口，就像包含相应的库一样。如下：

#include "vector.h"

就是包含了Vector类的接口，包含该头文件后，就可以在程序中使用Vector类了。

一、Vector类

Vector类类似于C++中数组，然后，C++中数组有如下的缺点：

• 数组在定义时指定其大小，后续不能改变。
• 尽管数组有固定的大小,但是程序员不能获取该大小。结果就是，需要一个额外的变量来跟踪数组中的元素数目。
• 传统的数组不支持插入和删除元素。
• C++中数组不能确保你选择的数据一定存在于数组中，例如，当一个数组保存了25个元素，当要选择索引为50的位置的元素时，C++将简单的查看内存位置，若存在则就查看到。

Vector类通过抽象数据类型来重新实现数组概念来解决这些问题，

1.指定Vector的基本类型

如Vector<int>表示一个Vector，其元素是整型。

Vector<char>表示一个Vector，其元素是单个字符

Vecotr<string>表示一个Vector，其元素是字符串。

尖括号里的类型，就表示为指定容器类的基本类型（Base Type）。

这种类中包含指定的基本类型在面向对象社区中称为参数化的类。在C++中，参数化的类另外称为模板（templates）。这反映了C++编译器把Vector<int>，Vector<char>，Vector<string>作为独立的类来共享共同的结构。

2.声明一个Vector对象

抽象数据类型背后的一个哲学原理是让Client认为它们就是内置的原始类型，就像如下声明一个整型变量一样

int n;

声明一个新的Vector变量写为：

Vecotr<int> vec;

在C++中，该声明的新变量vec，表示是一个整型的Vector。

3.Vector操作

1）add操作

当声明一个Vector变量时，其为一个空的Vector，表示它不包含任何元素，由于空的Vector并没有用，因此，首先我知道的是如何向Vector变量中加入元素。常用的方法是调用add方法，该方法是在Vector尾部加入一个新的元素。

例如，若vec是一个空的整型Vector，执行如下加入元素操作：

vec.add(10);

vec.add(20);

vec.add(40);

这样，vec中就包含了10,20,40这3个元素。现在vec看起来如下：

跟原始的数组类型不同，Vector类的大小不是固定的，这意味着我们在任何时候加入其它元素。例如，现在我们再加入一个元素：

vec.add(50);

此时，加入50到vec的尾部，如下：

2）insertAt方法

该方法允许在一个Vector类的中间位置加入一个元素，insertAt方法的第一个参数为索引号，其表示在该索引号位置前插入一个新元素，例如：

vec.insertAt(2, 30);

表示在位置2之前插入一个值30，执行该语句后，如下：

3）removeAt方法

该方法表示从Vector变量中删除一个元素，例如：

vec.removeAt(0);

表示删除位置0处的元素，执行该语句后，如下：

4）get方法和set方法

get方法和set方法用来选择和修改各个单独的元素，get方法通过一个索引号获取该索引位置的值。例如，对于上面最近显示的vec变量中的值。调用

vec.get(2)

将返回40。

相应地，可以使用set方法来改变已经存在的元素的值，例如，调用

vec.set(3, 70);

其改变索引位置3的值50为70，如下：

get、set、insertAt和removeAt方法都会检查给其提供的索引值必须是有效的。例如，对于上面最近显示的Vector，若调用vec.get(4)，则会有调用错误，因为索引值4太大了，因为vector的索引值从0~3。

这种检查索引值的操作是否有效的操作，称之为边界检查。边界检查可以更容易的获取到那些不容易注意的程序错误

4.选择Vector中的元素

尽管get和set方法容易使用，但并不是每个人都调用这些方法。

C++的一个特性是其定义的类可以重载标准操作符的定义。这让Vector类支持更多传统的使用方括号来指定要访问的索引的值的语法。

因此，选择位置i处的元素，可以使用表达式vec[i]，就像访问传统的数组一样。

另外，可以通过赋值一个新的值给vec[i]来改变位置i处的值。可以通过如下：

vec[3] = 70;

来设置索引值3的处为70。

最常用的索引表达式之一就是for循环中的索引，其按序循环各个索引值。循环Vector中的索引位置的通常模式如下：

for(int i = 0; i < vec.size(); i++)
{
    loop body
}

在循环实体内，可以应用当前的元素vec[i]。

例如，如下的代码把Vec变量中的内容，以方括号括起来，元素之间用逗号隔开来显示

cout << "[";
for(int i = 0; i < vec.size(); i++)
{
	if(i > 0) cout << ",";
	cout << vec[i];
}
cout << "]" << endl;

执行该段代码的输出结果将如下：

[20,30,40,70]

5.传递Vector对象作为一个参数

对于上面的打印Vector变量中的元素值使用的非常频繁，因此，可以把其定义为一个函数，后面若使用，直接调用该函数即可，那么在定义函数时，就涉及了Vector变量传递给函数参数的问题，一般Vector变量作为函数参数的定义如下：

void printVector(Vector<int> &vec)
{
	cout << "[";
	for(int i = 0; i < vec.size(); i++)
	{
		if(i > 0) cout << ",";
		cout << vec[i];
	}
	cout << "]" << endl;
}

&表示此处参数通过引用来调用，

在C++中，引用调用比传值调用更有效，因为传值调用要求复制vector中的每个元素。

在printVector函数中，并没需要进行复制，所以引用调用是一个更加有效的设计。

引用调用的一个更加重要的特性就是可以直接改变Vector变量中的内容，例如，使用如何函数删除元素值为0的项。

void removeZeroElements(Vector<int> &vec){
	for(int i = vec.size() - 1; i >= 0; i--)
		if(vec[i] == 0)
			vec.removeAt(i);
	}
}

6.创建一个预先定义大小的Vector

到目前为止的例子，都是创建一个空Vector变量，然后一次加入一个元素到里面。然而，若提前知道要创建的vector变量的大小，则可以在声明时指定元素个数。如下代码：

const int N_HOLES = 18;
Vector<int> golfScores;
for(int i = 0; i < N_HOLES; i++)
{
	golfScores.add(0);
}

一个较好的方法是在声明的时候包含一个大小的参数，如下：

Vector<int> golfScores(N_HOLES);

该声明创建一个Vector<int>变量指定大小为N_HOLES个元素，各个元素初始化为0.