Векторы в C++: для начинающих

Всем привет! До этого дня мы использовали чистые массивы. Чистые - это значит простые массивы, не имеющие у себя в багаже различных функций. В этом уроке мы пройдем нечистые массивы - векторы.

Интересное

Последние новости в мире программирования

Самые свежие новости и полезные материалы в моем telegram канале.

Что такое вектор (vector)

Вектор - это структура данных, которая уже является моделью динамического массива.

Давайте вспомним о том, что для создания динамического массива (вручную) нам нужно пользоваться конструктором new и вдобавок указателями. Но в случае с векторами всего этого делать не нужно. Вообще, по стандарту пользоваться динамическим массивом через конструктор new - не есть правильно. Так как в компьютере могут происходить различные утечки памяти.

Как создать вектор (vector) в C++

Сначала для создания вектора нам понадобится подключить библиотеку - <vector>, в ней хранится шаблон вектора.

#include <vector>

Кстати, сейчас и в будущем мы будем использовать именно шаблон вектора. Например, очередь или стек, не созданные с помощью массива или вектора, тоже являются шаблонными.

Далее, чтобы объявить вектор, нужно пользоваться конструкцией ниже:

vector < тип данных > <имя вектора>;

Вначале пишем слово vector.
Далее в угольных скобках указываем тип, которым будем заполнять ячейки.
И в самом конце указываем имя вектора.

Вот пример:

vector <string> ivector;

В примере выше мы создали вектор строк.

Кстати, заполнить вектор можно еще при инициализации (другие способы мы пройдем позже - в методах вектора). Делается это также просто, как и в массивах. Вот так:

vector<int> ivector = {<элемент[0]>, <элемент[1]>, <элемент[2]>};

После имени вектора ставим знак равенства и скобки, в которых через пробел указываем значение элементов.

Такой способ инициализации можно использовать только начиная с C++11!

Так, чтобы заполнить вектор строками, нам нужно использовать кавычки - "строка".

... = {"C", "+", "+"};

Второй способ обратиться к ячейке

Мы знаем, что в векторе для обращения к ячейке используются индексы. Обычно мы их используем совместно с квадратными скобками [].

Но в C++ есть еще один способ это сделать благодаря функции - at(). В скобках мы должны указать индекс той ячейки, к которой нужно обратиться.

Вот как она работает на практике:

vector <int> ivector = {1, 2, 3};
 
ivector.at(1) = 5;  // изменили значение второго элемента
 
cout << ivector.at(1);  // вывели его на экран

Давайте запустим эту программу:

5
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

Интересное

Последние новости в мире программирования

Самые свежие новости и полезные материалы в моем telegram канале.

Как указать количество ячеек для вектора

Указывать размер вектора можно по-разному. Можно это сделать еще при его инициализации, а можно хоть в самом конце программы. Вот, например, способ указать длину вектора на старте:

vector <int> vector_first(5);

Так в круглых скобках () после имени вектора указываем первоначальную длину. А вот второй способ:

vector <int> vector_second;  // создали вектор
vector_second.reserve(5);  // указали число ячеек

Первая строчка нам уже знакома. А вот во второй присутствует незнакомое слово - reserve, это функция, с помощью которой мы говорим компилятору, какое количество ячеек нам нужно использовать.

Вы можете задать логичный вопрос: “А в чем разница?“. Давайте создадим два вектора и по-разному укажем их количество ячеек.

#include <iostream>
#include <vector>  // подключили библиотеку

using namespace std;

int main() {
  setlocale(0, "");
 
  vector <int> vector_first(3);  // объявили 
                                 // два
  vector <int> vector_second;    // вектора
  vector_second.reserve(3);

  cout << "Значения первого вектора (с помощью скобок): ";  

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    cout << vector_first[i] << " ";
  }

  cout << "Значения второго вектора (с помощью reserve): " << endl;

  for (int i = 0; i < 3; i++) {
    cout << vector_second[i] << " ";
  }
  
  system("pause");
  return 0;
}

Запускаем программу:

Значения первого вектора (с помощью скобок): 0 0 0
Значения второго вектора (с помощью reserve): 17 0 0
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

Как видим, в первом случае мы вывели три нуля, а во втором: 17, 0, 0.

Все потому, что при использовании первого способа все ячейки автоматически заполнились нулями.

При объявлении чего-либо (массива, вектора, переменной и т.д) мы выделяем определенное количество ячеек памяти, в которых уже хранится ненужный для ПК мусор. В нашем случае этим мусором являются числа.

Поэтому, когда мы вывели второй вектор, в нем уже находились какие-то рандомные числа - 17, 0, 0. Обычно они намного больше. Можете кстати попробовать создать переменную и вывести ее значение.

Нужно помнить! При использовании второго способа есть некоторый плюс - по времени. Так как для первого способа компилятор тратит время, чтобы заполнить все ячейки нулями.

Как сравнить два вектора

Если в середине программы нам понадобится сравнить два массива, мы, конечно, используем цикл for и поочередно проверим все элементы.

Вектор опять на шаг впереди! Чтобы нам сравнить два вектора, потребуется применить всего лишь оператор ветвления if.

if (vec_first == vec_second) {  // сравнили!
  cout << "Они равны!";
}
else {
  cout << "Они не равны";
}

Конечно, компилятор все равно прогонит эти два вектора по циклу, проверяя ячейки. Но оцените, насколько благодаря этому программа стала компактнее. Разве это не прекрасно?

Вот так бы выглядела программа выше, если бы мы не использовали знак равенства для векторов.

bool flag = true;  

if (vec_first.size() == vec_second.size()) {  
  for (int i = 0; i < vec_first.size(); i++) {
    if (vec_first[i] != vec_second[i]) {  
      cout << "Они не равны!";

      flag = false;  
      break;  // выходим из цикла
    }
  }
}
else {
  flag = false;
  cout << "Они не равны!";
}
if (flag) {
  cout << "Они равны!";
}

Сначала мы создали булеву переменную flag равную true. У нее задача такая:
- Если в условии (строки 5 - 10) она станет равна false - то значит эти векторы не равны и условие (строки 14 - 16) не будет выполняться.
- Если же она после цикла (строки 3 - 12) останется равна true - то в условии (строки 14 - 16) мы сообщим пользователю, что они равны.
В условии (строка 3) проверяем размеры двух векторов на равенство.
И если условие (строки 5 - 10) будет равно true - то мы сообщим пользователю, что эти два вектора не равны.

Как создать вектор векторов

Понятно, что вам может понадобиться записать числа в двумерный массив. Но зачем использовать массив, если можно оперировать векторами.

Сейчас вы узнаете, как создать вектор векторов или простым языком массив векторов.

vector < vector < тип данных > >;

Как можно увидеть, нам пришлось только добавить слова vector и еще его <тип>.

А чтобы указать количество векторов в векторе, нам потребуется метод resize().

vector < vector <int> > vec;
vec.resize(10);  // десять векторов

Но есть еще одни способ добавления векторов в вектор. Для этого способа мы будем использовать функцию push_back() (читайте ниже, что она делает).

vec.push_back(vector <int>());

В аргументах функции push_back() находится имя контейнера, который мы хотим добавить. В нашем случае - vector.
А дальше идет тип контейнера - <тип>.
И все заканчивается отрывающей и закрывающей скобкой ().

Для двумерного вектора тоже можно указать значения еще при инициализации:

vector < vector <int> > ivector = {{1, 4, 7},
                                   {2, 5, 8},
                                   {3, 6, 9}};

{1, 4, 7} - это значения элементов первого массива (первого слоя). Такие блоки значений, как {1, 4, 7}, должны разделяться запятыми.

Интересное

Последние новости в мире программирования

Самые свежие новости и полезные материалы в моем telegram канале.

Методы для векторов:

Сейчас мы разберем некоторые методы, которые часто используются вместе с векторами. Метод - это функция, которая относится к определенному STL контейнеру.

В нашем случае этим STL контейнером является вектор. Если вы дальше собираетесь оперировать векторами - лучше все перечисленные функции запомнить.

1) size() и empty()

Если нам требуется узнать длину вектора, понадобится функция - size(). Эта функция практически всегда используется вместе с циклом for.

for (int i = 0; i < ivector.size(); i++) {
  // ...
}

Также, если нам требуется узнать пуст ли стек, мы можем использовать функцию - empty().

При отсутствии в ячейках какого-либо значения это функция возвратит - true.
В противном случае результатом будет - false.

Вот пример с ее использованием:

if (ivector.empty()) {
  // ...
}

2) push_back() и pop_back()

Как мы сказали выше, у векторов имеются методы, которые помогают оптимизировать и улучшить жизнь программистов. Одни из самых используемых функций это - push_back() и pop_back().

С помощью функции push_back() мы можем добавить ячейку в конец вектора.
А функция pop_back() все делает наоборот - удаляет одну ячейку в конце вектора.

Использование функции push_back() без указания значения ячейки - невозможно. Так или иначе, придется это значение указать!

Давайте разберемся, как работают эти функции на практике:

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main() {
  setlocale(0, "");

  vector <string> vec_string;

  vec_string.push_back("апельсин");  // добавляем 
  vec_string.push_back("груша");     // четыре 
  vec_string.push_back("яблока");    // элемента
  vec_string.push_back("вишня");     // в конец вектора

  for (int i = 0; i < vec_string.size(); i++) {
    cout << vec_string[i] << " ";
  }

  cout << endl;

  vec_string.pop_back();  // удаляем элемент

  for (int i = 0; i < vec_string.size(); i++) {
    cout << vec_string[i] << " ";
  }
  system("pause");
  return 0;
}

Вот что будет при запуске:

апельсин груша яблоко вишня
апельсин груша яблоко
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

Кстати, можно сделать вот так:

vec_string.push_back("апельсин");
vec_string.push_back("груша");

string val = vec_string.pop_back();  // присвоили значение удаляемой ячейке

cout << val;

Мы сохранили значение удаляемой ячейки в переменную - val.

Давайте запустим эту программу:

груша
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

Интересное

Последние новости в мире программирования

Самые свежие новости и полезные материалы в моем telegram канале.

3) insert()

Выше мы показали вам функцию push_back(), но то же самое можно сделать с помощью функции insert(). Только с помощью нее еще можно добавлять элементы в начало вектора.

Эта функция имеет такую конструкцию:

<имя вектора>.insert(<итератор>, <значение>);

<итератор> - про него мы поговорим в другом уроке. Это тема которая требует подробного изучения. Сейчас вам нужно знать только о том, что функция:

begin() - указывает на начала вектора.
end() - указывает на конец вектора.

<значение> - сюда мы должны вписать значение добавляемой ячейки.

Если вы в <итератор> указали именно итератор, а не функции begin() и end(), то элемент будет добавлен именно после той ячейки, на которую указывает итератор.

Давайте посмотрим, как insert() работает на примере:

int main() {
  setlocale(0, "");

  vector  vec_string(2);

  vec_string[0] = 2;  // заполнили две
  vec_string[1] = 3;  // ячейки

  for (int i = 0; i < vec_string.size(); i++) {
    cout << vec_string[i] << " ";
  }

  cout << endl;
  vec_string.insert(vec_string.begin(), 1);  // добавили элемент в начало

  for (int i = 0; i < vec_string.size(); i++) {
    cout << vec_string[i] << " ";
  }

  cout << endl;
  vec_string.insert(vec_string.end(), 4);  // добавили элемент в конец

  for (int i = 0; i < vec_string.size(); i++) {  
    cout << vec_string[i] << " ";
  }

  system("pause");
  return 0;
}

При запуске программы вы увидите следующее:

2 3
1 2 3
1 2 3 4
Process returned 0 (0x0) execution time : 0.010 s
Press any key to continue.

На иллюстрациях ниже показано, как vec_string изменялся в программе: insert_v_c

Вы должны знать: если вы хотите, чтобы ваша программа работала как можно быстрее, вам следует добавлять элементы в конец.

Так как при добавлении элемента в начало, с помощью той же функции insert(), в векторе происходит смещение всех ячеек вправо. К тому же, смещение идет по одной ячейке, а это у нас линейный поиск, который работает, мягко сказать, не быстро. При этом, чем больше у нас будет вектор, тем медленнее будет происходить добавление элементов!

4) front() и back()

Для того, чтобы мы могли просматривать первую и последнюю ячейки у нас имеются функции: front() и back().

int front_num = ivector.front();
int back_num = ivector.back();

Упражнение

Чтобы как следует запомнить этот материал, создайте вектор и поочередно примените все выше сказанные функции.

На этом все! Надеемся, вы узнали для себя что-то новое! Если хотите задать вопрос, то пишите в комментарии. Удачи!

« copy в C++

Динамические массивы и переменные в C++ »

Если хотите всегда быть в курсе последних новостей в мире программирования и IT, подписываетесь на мой Telegram-канал, где я делюсь свежими статьями, новостями и полезными советами. Буду рад видеть вас среди подписчиков!

Что такое вектор (vector)

Как создать вектор (vector) в C++

Второй способ обратиться к ячейке

Как указать количество ячеек для вектора

Как сравнить два вектора

Как создать вектор векторов

Методы для векторов:

1) size() и empty()

2) push_back() и pop_back()

3) insert()

4) front() и back()

Упражнение

Читайте также

Обсуждение