C++ vector 容器
在 C++ 中，vector 是最常用的 STL 容器之一。
vector 本质上是一个可自动扩容的动态数组，与传统数组相比，vector 不需要手动管理内存，可以根据元素数量自动扩容。
由于 vector 具有：
连续内存存储
随机访问速度快
STL 生态完整
缓存友好（Cache Friendly）
因此，在现代 C++ 开发中，大部分顺序数据存储场景都会优先考虑 vector。
vector 的核心特点
动态大小：vector 可以自动扩容和缩容。
连续内存：元素在内存中连续存储，访问效率非常高。
随机访问：支持通过下标快速访问元素，时间复杂度为 O(1)。
自动内存管理：不需要手动 malloc/free。
支持迭代器：可以方便地与 STL 算法配合使用。
为什么 vector 很快？
vector 的元素在内存中是连续排列的：
[1][2][3][4][5]
这种布局对 CPU Cache 非常友好。
CPU 在读取第一个元素时，通常会提前把后面的数据一起加载到缓存中，因此遍历 vector 的速度通常非常快。
这也是为什么很多情况下：
vector 比 list 更快
即使 list 在理论上的删除复杂度更低。
使用 vector
使用 vector 前，需要包含头文件：
#include
创建 vector
创建一个空 vector：
std::vector
指定初始大小：
std::vector
以上代码会创建 5 个元素，默认值为 0。
指定初始值：
std::vector
创建结果：
[10, 10, 10, 10, 10]
使用初始化列表：
std::vector
添加元素
使用 push_back() 向尾部添加元素：
vec.push_back(100);
vector 尾部追加元素的平均时间复杂度为：
O(1)
访问元素
使用下标访问：
int x = vec[0];
使用 at()：
int y = vec.at(1);
区别：
[] 不检查越界，速度更快。
at() 会检查越界，更安全。
获取大小
vec.size();
返回当前元素数量。
size 和 capacity 的区别
这是 vector 最重要的概念之一。
std::vector
vec.push_back(1);
vec.push_back(2);
std::cout << vec.size() << std::endl;
std::cout << vec.capacity() << std::endl;
输出可能为：
2
4
size：当前元素数量。
capacity：当前已分配的内存容量。
capacity 通常大于等于 size。
这是因为 vector 会提前申请更多空间，以减少频繁扩容。
vector 扩容机制
当 vector 空间不足时，会发生扩容：
申请更大的内存
复制旧元素
释放旧内存
这个过程代价较高。
例如：
std::vector
for (int i = 0; i < 1000000; i++) {
vec.push_back(i);
}
可能发生多次内存重新分配。
reserve() 预分配空间
为了避免频繁扩容，可以提前分配内存：
std::vector
vec.reserve(1000000);
这样可以减少：
内存重新分配
元素复制
性能损耗
这是工程开发中非常重要的优化技巧。
遍历 vector
使用下标
for (size_t i = 0; i < vec.size(); i++) {
std::cout << vec[i] << " ";
}
使用迭代器
for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
std::cout << *it << " ";
}
范围 for 循环
for (int element : vec) {
std::cout << element << " ";
}
删除元素
删除第三个元素：
vec.erase(vec.begin() + 2);
注意：
vector 删除中间元素时，后面的元素会整体前移。
例如：
1 2 3 4 5
删除 2 后：
1 3 4 5
其中：
3 4 5
都需要移动位置。
因此：
erase() 的时间复杂度为 O(n)
vector 不适合的场景
频繁头部插入
频繁中间删除
超大对象频繁扩容
例如：
vec.insert(vec.begin(), 100);
这是一个较慢的操作。
迭代器失效
vector 扩容后，原来的内存地址可能失效。
例如：
std::vector
auto it = vec.begin();
vec.push_back(4);
std::cout << *it;
这里的 it 可能已经失效。
因为 push_back() 可能导致重新分配内存。
这是 vector 最常见的坑之一。
clear() 的注意事项
vec.clear();
clear() 只会清空元素：
size 变为 0
capacity 可能仍然保留
也就是说：
clear() 不一定释放内存
如果希望释放内存：
std::vector
或者：
vec.shrink_to_fit();
push_back 和 emplace_back
现代 C++ 更推荐使用：
emplace_back()
例如：
vec.push_back(Person("Tom", 20));
可能产生临时对象。
而：
vec.emplace_back("Tom", 20);
会直接在 vector 内部原地构造对象。
通常效率更高。
vector 与数组的区别
特性
数组
vector
大小固定
是
否
自动扩容
否
是
连续内存
是
是
随机访问
快
快
STL 支持
较少
完整
安全访问
无
at()
vector 常见操作复杂度
操作
时间复杂度
随机访问
O(1)
push_back
平均 O(1)
尾部删除
O(1)
头部插入
O(n)
中间删除
O(n)
clear
O(n)
实例：学生成绩管理
实例
#include
#include
#include
int main() {
std::vector
scores.push_back(88);
std::cout << "所有成绩: ";
for (int score : scores) {
std::cout << score << " ";
}
std::cout << std::endl;
int total = std::accumulate(scores.begin(), scores.end(), 0);
double average = total * 1.0 / scores.size();
std::cout << "平均成绩: " << average << std::endl;
scores.erase(scores.begin() + 2);
std::cout << "删除后成绩: ";
for (int score : scores) {
std::cout << score << " ";
}
std::cout << std::endl;
return 0;
}
输出结果如下：
所有成绩: 85 90 78 92 88
平均成绩: 86.6
删除后成绩: 85 90 92 88
总结
vector 是现代 C++ 中最重要、最常用的数据结构之一。
它的核心优势：
动态扩容
连续内存
随机访问快
缓存友好
STL 生态完整
但同时也需要注意：
扩容的性能代价
中间删除效率低
迭代器失效问题
对于绝大多数顺序存储场景：
vector 通常都是默认首选容器