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C++ Primer Plus 学习笔记三

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关于类vector和array的一些内容

数组的替代品

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。基本上，它是使用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，但这种工作是自动完成的。
这里不深入探讨模板类意味着什么，只介绍一些基本的实用知识。首先，要使用vector对象，必须包含头文件vector。其次，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。第三，模板使用不同的语法来指出它储存的数据类型。第四，vector类使用不同的语法来制定元素数。下面是一些示例：

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#include <iostream>
using namespace std;
...
vector<int> vi;			// create a zero-size array of int
int n;
cin >> n;
vector<double> vd(n);		// create an array of n doubles

其中，vi是一个vector对象。由于vector对象在插入或添加时自动调整长度，因此可以将vi的初始长度设置为零。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：

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vector<typeName> vt(n_elem);

其中参数n_elem可以是整形常量，也可以是整形变量。

模板类array（C++11）

vector类的功能比数组强大，但付出的代价是效率稍低。如果需要的是长度固定的数组，使用数组时更佳的选择，但代价是不那么方便和安全。有鉴于此，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，也使用栈（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，更安全。要创建array对象，需要包含头文件array。array对象的创建语法与vector稍有不同：

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#include <array>
...
using namespace std;
array<int, 5> ai;		// create array object of 5 ints
array<double, 4> ad = {1.2, 2.1, 3.43, 4.3};

推而广之，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：

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array<typeName, n_elem> arr;

与创建vector对象不同的是，n_elem不能是变量。
在C++11中，可将列表初始化用于vector和array对象，但在C++98中，不能对vector对象这样做。

比较数组、vector对象和array对象

要了解数组、vector对象和array对象的相似和不同之处，最简单的方式可能是看一个使用它们的示例，如下所示：

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// choice.cpp -- array variations
#include <iostream>
#include <vector>	// STL C++98
#include <array>	// C++11
int main()
{
	using namespace std;
// C, original C++
	double a1[4] = {1.2, 2.4, 3.6, 4.8};
// C++98 STL
	vector<double> a2[4];	// create vector with 4 elements
// no simple way to initialize in C98
	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 -- create and initialize array object
	array<double, 4> a3 = {3.14, 2.72, 1.62, 1.41};
	array<double, 4> a4;
	a4 = a3;	// valid for array objects of same size
// use array notation
	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;
// misdeed
	a1[-2] = 20.2;
	cout << "a1[-2]: " << a1[-2] << " at "<< &a1[-2] << endl;
	cout << "a3[2]: " << a3[2] << " at "<< &a3[2] << endl;
	cout << "a4[2]: " << a4[2] << " at "<< &a4[2] << endl;
	return 0;
}

下面是该程序的输出示例：

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a1[2]: 3.6 at 0x28cce8
a2[2]: 0.142857 at 0xca0328
a3[2]: 1.62 at 0x28ccc8
a4[2]: 1.62 at 0x28cca8
a1[-2]: 20.2 at 0x28ccc8
a3[2]: 20.2 at 0x28ccc8
a4[2]: 1.62 at 0x28cca8

程序说明

首先，注意到不论是数组、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。其次，从地址可知，array对象和数组储存在相同的内存区域（即栈）中，而vector对象存储在另一个区域（自由存储区或堆中）。第三，注意到可以将一个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。
接下来，下面一行代码需要特别注意：

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a1[-2] = 20.2;

索引-2是什么意思呢？它将会被转换为如下代码：

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*(a1-2) = 20.2;

其含义如下：找到a1指向的地方，向前移两个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++也不检查这种超界错误。在这个示例中，这个位置位于array对象a3中。其他编辑器可能将20.2放在a4中，甚至做出更糟糕的选择。这表明数组的行为是不安全的。
vector和array对象能够禁止这种行为吗？答案取决于程序员自身，也就是说，仍可编写不安全的代码，如下所示：

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a2[-2] = .5		// still allowed
a3[200] = 1.4;

然而，也有其他的选择。一种是使用成员函数at()。就像使用cin对象的成员函数getline()一样，也可以使用vector和array对象的成员函数at()：

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a2.at(1) = 2.3;		// assign 2.3 to a2[1]

中括号表示法和成员函数at()的差别在于，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时运行时间更长，这就是C++允许使用任何一种表示法的原因所在。另外，这些类还能够降低意外超界错误的概率。例如，他们包含成员函数begin()和end()，让程序员能够确定边界，以免无意间超界，这将在后面学习。

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