【C++】学习笔记十三——数组的替代品

数组的替代品

数组的替代品有模板类vector和array。

1. 模板类vector

模板类vector类似于string类，也是一种动态数组。

可以在运行阶段设置vector对象的长度，可在末尾附加新数据，还可在中间插入新数据。

vector是使用new创建动态数组的替代品。实际上，vector类确实使用new和delete来管理内存，不过这些工作是自动完成的。

要使用vector对象，必须包含头文件vector。

vector包含在名称空间std中，因此可以使用using编译指令、using声明或std::vector。

模板使用不同的语法来指出它存储的数据类型。

vector类使用不同的语法来指定元素数。

#include<vector>
...
using namespace std;
vector<int> vi;           //生成一个长度为0的int数组
int n;
cin >> n;
vector<double> vd(n);     //生成一个长度为n的double数组

其中，vi是一个vector< int> 对象，vd是一个vector< double>对象。

由于vector对象在插入或添加值时自动调整长度，因此可以将vi的初始长度设置为0。但要调整长度，需要使用vector包中的各种方法。

一般而言，下面的声明创建一个名为vt的vector对象，它可存储n_elem个类型为typeName的元素：

vector<typeName> vt(n_elem);   //n_elem可以是整型常量，也可以是整型变量

2. 模板类array（C++11）

vector类的功能比数组强大，但效率较低。如果需要的是固定长度的数组，直接使用数组是更好的选择，但数组不那么方便和安全。

C++11新增了模板类array，它也位于名称空间std中。

与数组一样，array对象的长度也是固定的，也是用栈（静态内存分配），而不是自由存储区，因此其效率与数组相同，但更方便安全。

要创建array类，需要包含头文件array。

array对象的创建语法与vector稍有不同：

#include<array>
...
using namespace std;
array<int, 5> ai;        //创建一个包含5个int的array对象
array<double, 4> ad = {1.2, 2.1, 3.43, 4.3};

一般地，下面的声明创建一个名为arr的array对象，它包含n_elem个类型为typeName的元素：

array<typeName, n_elem> arr;   //与vector不同的是，n_elem不能是变量

在C++11中，还可将列表初始化用于vector和array对象。

3. 比较数组、vector对象和array对象

程序4.24

#include<iostream>
#include<vector>
#include<array>
int main()
{
using namespace std;
//C，传统C++：
double a1[4] = { 1.2, 2.4, 3.6, 4.8 };

//C++98 STL：
vector<double> a2(4);           //创建一个含有4个元素的vector对象

//在C98中没有简单的初始化方法：
a2[0] = 1.0 / 3.0;
a2[1] = 1.0 / 5.0;
a2[2] = 1.0 / 7.0;
a2[3] = 1.0 / 9.0;

//C++11--创建和初始化array对象：
array<double, 4> a3 = { 3.14, 2.72, 1.62, 1.41 };
array<double, 4> a4;
a4 = a3;                          //对相同长度的array对象进行赋值是有效的

//使用数组记法：
cout << "a1[2]: " << a1[2] << " at " << &a1[2] << endl;
cout << "a2[2]: " << a2[2] << " at " << &a2[2] << endl;
cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;

//错误行为：
a1[-6] = 20.2;
cout << "a1[-6]: " << a1[-6] << " at " << &a1[-6] << endl;
cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at " << &a3[2] << endl;
cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at " << &a4[2] << endl;

cin.get();
return 0;
}

运行结果：



程序说明

无论是数组、vector对象还是array对象，都可使用标准数组表示法来访问各个元素。

从地址可知，array对象和数组存储在相同的内存区域（即栈）中，而vector对象存储在另一个区域（自由存储区或堆）中。

可以将一个array对象赋给另一个array对象；而对于数组，必须逐元素复制数据。

a1[-6] = 20.2;

这行代码将被转换为

*(a1-2) = 20.2;

其含义为：找到a1指向的地方，向前移6个double元素，并将20.2存储到目的地。也就是说，将信息存储到数组的外面。

与C语言一样，C++也不检查这种越界错误。在这个示例中，这个位置位于array对象a3中。这表明数组的行为是不安全的。

对于vector对象和array对象，仍可以编写这种不安全的代码：

a2[-2] = .5;
a3[200] = 1.4;              //仍然允许

然而，还有其他选择。可以使用成员函数at（）：

a2.at(1) = 2.3;     //将2.3赋给a2[1]

使用at()时，将在运行期间捕获非法索引，而程序默认将中断。这种额外检查的代价是运行时间更长。