以下是 C++ 中 std::vector 的详细使用指南，涵盖初始化、常用操作、性能优化及注意事项：

1. 基本概念

• 定义：vector 是动态数组，可自动管理内存，支持随机访问（O(1) 时间复杂度）。

• 头文件：#include <vector>

• 特点：

• 元素在内存中连续存储。

• 尾部插入/删除高效（均摊 O(1)），中间插入/删除效率低（O(n)）。

• 可动态扩展容量（通过 push_back 或 resize）。

2. 初始化与构造

(1) 空容器

std::vector<int> vec;  // 空vector

(2) 指定大小和初始值

std::vector<int> vec1(5);      // 5个int，默认初始化为0
std::vector<int> vec2(5, 42);  // 5个int，初始化为42

(3) 列表初始化（C++11+）

std::vector<int> vec = {1, 2, 3, 4, 5};
std::vector<std::string> names {"Alice", "Bob"};

(4) 从其他容器构造

std::vector<int> vec3(vec2.begin(), vec2.end());  // 复制vec2
std::vector<int> vec4(vec3);                      // 拷贝构造

3. 元素访问

(1) 下标访问

vec[0] = 10;                     // 不检查越界（类似数组）
int val = vec.at(2);             // 越界抛出std::out_of_range异常

(2) 首尾元素

int first = vec.front();        // 首元素
int last = vec.back();          // 尾元素

(3) 迭代器遍历

for (auto it = vec.begin(); it != vec.end(); ++it) {
    std::cout << *it << " ";
}

// 范围for循环（C++11+）
for (const auto& num : vec) {
    std::cout << num << " ";
}

4. 添加/删除元素

(1) 尾部操作

vec.push_back(6);       // 尾部插入元素
vec.emplace_back(7);    // 更高效（C++11+，避免临时对象拷贝）

vec.pop_back();         // 删除尾部元素（不返回被删元素）

(2) 任意位置插入/删除

auto it = vec.begin() + 2;
vec.insert(it, 99);     // 在位置2插入99
vec.erase(it);          // 删除位置2的元素

(3) 清空容器

vec.clear();            // 清空所有元素，容量不变

5. 容量管理

(1) 查询容量

int size = vec.size();        // 当前元素数量
bool isEmpty = vec.empty();   // 是否为空
int cap = vec.capacity();     // 当前分配的内存容量

(2) 调整容量

vec.reserve(100);     // 预分配容量（避免多次扩容）
vec.resize(10);       // 调整元素数量，多出的元素默认初始化
vec.resize(15, 42);   // 调整到15个元素，新增元素初始化为42
vec.shrink_to_fit();  // 释放未使用的内存（C++11+）

6. 高级操作

(1) 与算法库结合

#include <algorithm>
std::sort(vec.begin(), vec.end());                     // 排序
auto it = std::find(vec.begin(), vec.end(), 42);       // 查找元素
std::reverse(vec.begin(), vec.end());                  // 反转

(2) 交换容器

std::vector<int> vecA {1, 2, 3};
std::vector<int> vecB {4, 5};
vecA.swap(vecB);  // 高效交换内容（O(1) 时间复杂度）

(3) 移动语义（C++11+）

std::vector<int> vecX = std::move(vecY);  // 移动构造，vecY变为空

(4) 删除满足某个条件的元素：

std::vector<int> nums = {0, 1, 2, 3, 4, 5};
// 删除所有偶数
nums.erase(std::remove_if(nums.begin(), nums.end(), [](int x) { return x % 2 == 0; }), nums.end());
// nums = {1, 3, 5}

7. 性能优化与陷阱

(1) 预分配内存

std::vector<int> vec;
vec.reserve(1000);  // 避免频繁扩容（扩容会导致数据拷贝）

(2) 避免无效操作

• 迭代器失效：在插入/删除元素后，原有迭代器可能失效。
  
  

• auto it = vec.begin();
  vec.push_back(10);  // 可能导致it失效（若触发扩容）

(3) 元素类型要求

• 元素类型需支持拷贝构造或移动构造（如类对象）。

8. 示例代码

#include <vector>
#include <iostream>
#include <algorithm>

int main() {
    std::vector<int> nums = {3, 1, 4, 1, 5};
    nums.reserve(10);  // 预分配容量

    nums.push_back(9);
    nums.emplace_back(2);  // 直接构造，避免拷贝

    std::sort(nums.begin(), nums.end());

    // 删除所有值为1的元素
    nums.erase(std::remove(nums.begin(), nums.end(), 1), nums.end());

    // 输出结果
    for (int num : nums) {
        std::cout << num << " ";  // 输出：2 3 4 5 9
    }

    return 0;
}

9. 适用场景

• 需要频繁随机访问元素。

• 尾部插入/删除操作多，中间操作少。

• 不确定元素数量，需动态扩展。

通过掌握这些方法，你可以高效利用 std::vector 解决大多数动态数组需求。实际开发中，优先选择 vector 而非原生数组，除非有特殊性能要求。