Что такое вектор в программировании
Перейти к содержимому

Что такое вектор в программировании

  • автор:

Что такое вектор в программировании

Вектор — одномерный массив проиндексированных элементов. Вектор представляет собой пример наиболее полного стандартного контейнера. Для использования вектора стандартной библиотеки необходимо подключить файл с описанием вектора. При объявлении вектора (так же и других контейнеров) в треугольных скобках указывается тип данных элементов, хранящихся в векторе. Доступ к элементам вектора можно осуществлять через квадратные скобки, так же как и для обычных массивов.

Доступ к функциям вектора производится через оператор «.». Вектор – это особый тип данных, шаблон класса. Подробнее о классах и шаблонах см. главу 4 и раздел 5.4.

Для вектора не обязательно сразу указывать его размер, размер вектора можно изменить в любом месте программы при помощи функции resize(), а чтобы узнать размер вектора можно воспользоваться функцией size().

#include using namespace std; vectordouble> x; // создание вектора x.resize(10); // изменение размера вектора x.resize(x.size()+100); // изменение размера вектора double sum=0.0; for(int i=0; i//доступ по индексу >

Полный список функций вектора см. Приложение 5.

Рассмотрим более подробно пример работы с вектором. Обратите внимание, что в этом примере вектор передается в функцию по ссылке, т.к. классы и массивы большого объема нерационально копировать каждый раз при вызове функции, что происходит при передачи по значению. Если функция не должна изменить содержимое контейнера, дополнительно указывается ключевое слово const.

///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Прикладное программирование // Пример 3.3. Пример работы с контейнером vector // // Кафедра Прикладной и компьютерной оптики, http://aco.ifmo.ru // Университет ИТМО ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// #include // подключение библиотеки ввода-вывода #include // подключение описания вектора #include // для работы с таймером using namespace std; // подключение стандартного пространства имен для использования библиотек // прототипы функций int min(const vectordouble>& data); void fill_rand(vectordouble>& data, double max, double min); ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // пример передачи вектора в функцию // функция находит индекс минимального числа в векторе int min(const vectordouble>& data) < int index=0; double min=data[0]; for(int i=1; iif(data[i] > return index; > ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// // Функция заполнения вектора случайными числами // data - вектор для заполнения // max - максимальное число случайного диапазона // min - минимальное число случайного диапазона void fill_rand(vectordouble>& data, double max, double min) < // устанавливает стартовую точку для генерации // случайных чисел по текущему времени srand((unsigned) clock()); for(int i=0; i > ///////////////////////////////////////////////////////////////////////////// void main() < vectordouble> x; // создание вектора // ввод количества элементов в векторе int n; cout"input vector size: "; cin>>n; // 1. заполнение контейнера индексами // заполнение контейнера for(int i=0; i// добавить элемент в конец контейнера x.push_back(i); > // вывод всех элементов контейнера cout<for(int i=0; i; //доступ по индексу > // 2. заполнение контейнера случайными числами от 1 до 100 // очистить контейнер x.clear(); // изменить размер x.resize(20); // заполнить случайными числами fill_rand(x, 1, 100); // вывод всех элементов контейнера cout<for(int i=0; i//доступ по индексу > // вывод минимального числа в контейнере cout<// x[min(x)] аналогично записи int i=min(x); x[i]; > /////////////////////////////////////////////////////////////////////////////// 

При работе с вектором мы сталкиваемся с такими понятиями как размер и емкость. Размер — количество элементов, хранимых в контейнере, можно узнать с помощью функции size(), а изменить с помощью resize(). Операции push_back(), insert(), erase() также изменяют размеры вектора. Когда размеры вектора изменяются, то все его элементы могут быть перемещены в новую область памяти, поэтому хранить указатели на элементы вектора не имеет смысла и может быть опасно. Всегда нужно работать через итераторы (см.раздел 3.5).

С помощью функции empty() можно узнать о наличии элементов в контейнере. Если контейнер действительно пуст, то функция возвращает true.

bool res=x.empty(); // эквивалентно x.size() == 0 

При работе с вектором можно выделить (зарезервировать) некоторую область памяти для потенциального расширения. Использование функции reserve() обеспечить выделение памяти для новых элементов контейнера. При этом вставка новых элементов или изменение размеров с помощью resize() не потребует перераспределения хранимого вектора в памяти. Определить «емкость» вектора можно с помощью функции capaсity().

Что такое вектор в программировании

Определяет вектор шаблона класса контейнера и несколько вспомогательных шаблонов.

vector — это контейнер, который упорядочивает элементы данного типа в виде линейной последовательности. Он обеспечивает быстрый произвольный доступ к любому элементу и позволяет динамически добавлять элементы в последовательность и удалять их. vector является наиболее подходящим типом контейнера для последовательности, когда на первом месте стоит производительность произвольного доступа.

Библиотека также использует инструкцию #include .

Дополнительные сведения о классе см. в разделе vector » vector Класс». Сведения о специализации vector см vector . в разделе «Класс».

Синтаксис

namespace std < template class vector; template class vector; template struct hash>; // TEMPLATE FUNCTIONS template bool operator== ( const vector& left, const vector& right); template bool operator!= ( const vector& left, const vector& right); template bool operator<( const vector& left, const vector& right); template bool operator> ( const vector& left, const vector& right); template bool operator<= ( const vector& left, const vector& right); template bool operator>= ( const vector& left, const vector& right); template void swap ( vector& left, vector& right); > // namespace std 

Параметры

Type
Параметр-шаблон для типа данных, хранящихся в векторе.

Allocator
Параметр-шаблон для хранимого объекта распределителя, отвечающего за выделение и освобождение памяти.

left
Первый (левый) вектор в операции сравнения.

right
Второй (правый) вектор в операции сравнения.

Участники

Операторы

Имя Описание
operator! = Проверяет, равен ли vector объект в левой части оператора vector объекту справа.
operator< Проверяет, меньше ли объект vector слева от оператора, чем объект vector справа от оператора.
operator

Проверяет, меньше ли объект vector слева от оператора, чем объект vector справа от оператора, или равен ему.
operator== Проверяет равенство объекта vector слева от оператора объекту vector справа от оператора.
operator> Проверяет больше ли объект vector слева от оператора, чем объект vector справа от оператора.
operator>= Проверяет больше ли объект vector слева от оператора, чем объект vector справа от оператора, или равен ему.

Классы

Имя Описание
Класс vector Шаблон класса контейнеров последовательностей, которые упорядочивать элементы заданного типа в линейном расположении и разрешают быстрый случайный доступ к любому элементу.

Специализации

Имя Описание
hash Возвращает хэш вектора.
Класс vector Полная специализация вектора шаблона класса для элементов типа с распределителем базового типа bool , используемого специализацией.

Требования

Заголовок.

Пространство имен std :

Что такое вектор в программировании

Вектор представляет контейнер, который содержит коллекцию объектов одного типа. Для работы с векторами необходимо включить заголовок:

#include

Определим простейший вектор:

std::vector numbers;

В угловых скобках указывается тип, объекты которого будут храниться в векторе. То есть вектор numbers хранит объекты типа int. Однако такой вектор пуст. Он не содержит никаких элементов.

Но мы можем инициализировать вектор одним из следующих способов:

std::vector v1; // пустой вектор std::vector v2(v1); // вектор v2 - копия вектора v1 std::vector v3 = v1; // вектор v3 - копия вектора v1 std::vector v4(5); // вектор v4 состоит из 5 чисел, каждое число равно 0 std::vector v5(5, 2); // вектор v5 состоит из 5 чисел, каждое число равно 2 std::vector v6; // вектор v6 состоит из чисел 1, 2, 4, 5 std::vector v7 = ; // вектор v7 состоит из чисел 1, 2, 3, 5

Важно понимать отличие в данном случае круглых скобок от фигурных:

std::vector v1(5); // вектор состоит из 5 чисел, каждое число в векторе равно 0 std::vector v2; // вектор состоит из одного числа, которое равно 5 std::vector v3(5, 2); // вектор состоит из 5 чисел, каждое число равно 2 std::vector v4; // вектор состоит из двух чисел 5 и 2

При этом можно хранить в векторе элементы только одного типа, который указан в угловых скобках. Значения других типов в вектор сохранить нельзя, как например, в следующем случае:

std::vector v;

Обращение к элементам и их перебор

Для обращения к элементам вектора можно использовать разные способы:

  • [index] : получение элемента по индексу (также как и в массивах), индексация начинается с нуля
  • at(index) : функция возращает элемент по индексу
  • front() : возвращает первый элемент
  • back() : возвращает последний элемент

Выполним перебор вектора и получим некоторые его элементы:

#include #include int main() < std::vectornumbers ; int first = numbers.front(); // 1 int last = numbers.back(); // 5 int second = numbers[1]; // 2 std::cout << "first: " << first << std::endl; std::cout << "second: " << second << std::endl; std::cout << "last: " << last << std::endl; numbers[0] = 6; // изменяем значение for(int n : numbers) std::cout << n << "\t"; // 6 2 3 4 5 std::cout

При этом следует учитывать, что индексация не добавляет элементов. Например, если вектор содержит 5 элементов, то мы не можем обратиться к шестому элементу:

std::vector numbers ; numbers[5] = 9;

При таком обращении результат неопределен. Некоторые комиляторы могут генерировать ошибку, некоторые продолжат работать, но даже в этом случае такое обращение будет ошибочно, и оно в любом случае не добавит в вектор шестой элемент.

Чтобы избежать подобных ситуаций, можно использовать функцию at() , которая хотя также возвращает элемент по индексу, но при попытке обращения по недопустимому индексу будет генерировать исключение out_of_range :

#include #include #include int main() < std::vectornumbers < 1, 2, 3, 4, 5>; try < int n = numbers.at(8); >catch (std::out_of_range e) < std::cout >

Что такое вектор в программировании

Избегайте реализации абстракции массива посредством массивов в стиле С, арифметики указателей и примитивов управления памятью. Использование vector или string не только сделает проще вашу жизнь, но и позволит написать более безопасную и масштабируемую программу.

Обсуждение

Сегодня едва ли не основными вопросами при написании программного обеспечения являются вопросы безопасности и переполнения буфера. Ограничения, связанные с фиксированным размером массивов, доставляют немало беспокойства, даже если приложению удается остаться в рамках корректности. Все эти проблемы связаны с использованием старых средств С, таких как встроенные массивы, указатели и их арифметика, а также управление памятью вручную вместо таких высокоуровневых концепций, как буферы, векторы и строки.

Вот некоторые из причин, по которым массивам в стиле С следует предпочесть стандартные средства C++.

Они автоматически управляют собственной памятью. Больше не требуется никаких фиксированных буферов с размером «большим, чем любая разумная длина» («бомба с часовым механизмом» — вот как правильно прочесть это определение), или сплошных перераспределений памяти при помощи realloc и соответствующих обновлений указателей.

У них богатый интерфейс. Вы легко и выразительно можете реализовать сложную функциональность.

Они совместимы с моделью памяти в С. vector и string::c_str могут быть переданы функциям API на языке С. В частности, в C++ vector служит «переходником» к С и другим языкам программирования (см. рекомендации 76 и 78).

Они обеспечивают расширенные возможности проверки. Стандартные средства позволяют реализовать (в отладочном режиме) итераторы и операторы индексирования, которые способны выявить большой класс ошибок памяти. Многие из современных реализаций стандартной библиотеки предоставляют такие отладочные возможности — воспользуйтесь ими! (См. рекомендацию 83.)

Они практически не снижают эффективность ваших программ. В классах vector и string при выборе между эффективностью и безопасностью решение принимается в пользу эффективности (естественно, не в отладочном режиме). Тем не менее, стандартные средства оказываются гораздо лучшей платформой для создания безопасных компонентов, чем обычные массивы и указатели.

Они стимулируют оптимизацию. Современные реализации стандартной библиотеки включают оптимизации, о которых многие из нас просто никогда бы и не подумали.

Применение массива может быть оправданно, когда его размер фиксирован на стадии компиляции (например, float[3] для трехмерной точки; переход к четвертому измерению все равно потребует перепроектирования программы).

78. Используйте vector (и string::c_str) для обмена данными с API на других языках

Резюме

vector и string::c_str служат шлюзом для сообщения с API на других языках. Однако не полагайтесь на то, что итераторы являются указателями; для получения адреса элемента, на который ссылается vector::iterator iter, используйте выражение &*iter.

Обсуждение

vector (в первую очередь) и string::c_str и string::data (во вторую) представляют собой наилучшие способы обмена данными с API на других языках вообще и с библиотеками на С в частности.

Данные vector всегда хранятся последовательно, так что получение адреса первого элемента вектора дает указатель на его содержимое. Используйте &*v.begin(), &v[0] или &v.front() для получения указателя на первый элемент v. Для получения указателя на n-й элемент вектора лучше сначала провести арифметические вычисления, а затем получить адрес (например, &v.begin()[n] или &v[n]) вместо получения указателя на начало данных с последующим применением арифметики указателей (например, (&v.front)[n]()). Это связано с тем, что в первом случае в отладочной реализации выполняется проверка на доступ к элементу за пределами v (см. рекомендацию 83).

Нельзя полагаться на то, что v.begin() возвращает указатель на первый элемент или, в общем случае, что итераторы вектора являются указателями. Хотя некоторые реализации STL определяют vector::iterator как обычный указатель T*, итераторы могут быть (и все чаще так оно и есть) полноценными типами (еще раз см. рекомендацию 83).

Хотя в большинстве реализаций для string также используется непрерывный блок памяти, это не гарантируется стандартом, так что никогда не используйте адрес символа в строке, считая его указателем на все содержимое строки. Хорошая новость заключается в том, что функция string::c_str всегда возвращает строку в стиле С с завершающим нулевым символом (string::data также возвращает указатель на непрерывный блок памяти, но не гарантирует наличия завершающего нулевого символа).

Когда вы передаете указатель на данные объекта v типа vector, код на языке С может как читать, так и записывать элементы v; однако он не должен выходить за границы данных. Хорошо продуманный API на языке С должен получать наряду с указателем либо максимальное количество объектов (до v.size()), либо указатель на элемент, следующий за последним (&*v.begin()+v.size()).

Если у вас есть контейнер объектов типа T, отличный от vector или string, и вы хотите передать его содержимое (или заполнить его) функции API на другом языке программирования, которая ожидает указатель на массив объектов типа Т, скопируйте содержимое контейнера в (или из) vector , который может непосредственно сообщаться с такими функциями.

79. Храните в контейнерах только значения или интеллектуальные указатели

Резюме

Храните к контейнерах объекты-значения. Контейнеры полагают, что их содержимое имеет тип значения, включая непосредственно хранящиеся значения, интеллектуальные указатели и итераторы.

Обсуждение

Наиболее распространенное использование контейнеров— для непосредственного хранения значений (например, vector , set ). В случае контейнеров указателей, если контейнер владеет объектами, на которые указывает, то лучше использовать контейнер интеллектуальных указателей со счетчиком ссылок (например, list >); в противном случае можно выбрать контейнер обычных указателей (например, list ) или иных значений, подобных указателям — таких как итераторы (например, list::iterators).

Примеры

Пример 1. auto_ptr. Объекты auto_ptr не являются объектами-значениями из-за своей семантики передачи владения при копировании. Использование контейнера объектов auto_ptr (например, vector >) должно привести к ошибке компиляции. Но даже в случае успешной компиляции никогда не пишите такой код — вместо этого вам следует использовать контейнер интеллектуальных указателей shared_ptr.

Пример 2. Гетерогенные контейнеры. Для того чтобы получить контейнер, хранящий и владеющий объектами различных, но связанных типов, например, типов, производных от общего базового класса, лучше использовать container >. Альтернативой является хранение прокси-объектов, невиртуальные функции которых передают вызовы соответствующим виртуальным функциям реальных объектов.

Пример 3. Контейнеры типов, не являющихся значениями. Для того чтобы хранить объекты, несмотря на невозможность их копирования или другое их поведение, делающее их типами, не являющимися значениями (например, DatabaseLock или TcpConnection), их следует хранить опосредованно, с использованием интеллектуальных указателей (например, container > или container >).

Пример 4. Необязательные значения. Если вам нужен контейнер map , но некоторые Thing не имеют связанных с ними объектов Widget, можно использовать map >.

Пример 5. Индексные контейнеры. Если вам нужен контейнер, хранящий объекты, и доступ к ним с использованием разных видов упорядочения без пересортировки основного контейнера, вы можете воспользоваться вторичным контейнером, который "указывает в" основной контейнер, и отсортировать его различными способами с применением предикатов сравнения с разыменованием. Однако вместо контейнера указателей лучше использовать контейнер объектов типа Maincontainer::iterator (которые являются значениями).

Библиотека программиста. 2009.
Администратор: admin@programmer-lib.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *