明白！下面为你整理一篇【C++】第十一节：全面详解 vector，结合杨辉三角实例，深度剖析底层机制，模拟实现，以及细节补充，帮助你彻底理解 C++ 标准库中最常用的动态数组容器 std::vector。

目录

  1. vector 简介与核心特性
  2. 杨辉三角示例与 vector 的实际应用
  3. vector 底层原理深度剖析
  4. 自定义简易 vector 模拟实现
  5. 重要细节补充与性能优化建议
  6. 总结

1️⃣ vector 简介与核心特性

  • 动态数组，支持自动扩容
  • 元素连续存储，支持随机访问
  • 提供丰富接口：插入、删除、遍历、容量管理等
  • 内存管理自动，异常安全
  • 典型应用于需要频繁随机访问及动态调整大小的场景

2️⃣ 杨辉三角示例：用 vector 构建动态二维数据结构

杨辉三角的每一行元素个数逐行递增，使用二维 vector 非常适合动态存储：

#include <iostream>
#include <vector>

std::vector<std::vector<int>> generatePascal(int numRows) {
    std::vector<std::vector<int>> triangle;

    for (int i = 0; i < numRows; ++i) {
        triangle.push_back(std::vector<int>(i + 1, 1));  // 每行首尾元素为1
        for (int j = 1; j < i; ++j) {
            triangle[i][j] = triangle[i-1][j-1] + triangle[i-1][j];
        }
    }

    return triangle;
}

int main() {
    int rows = 5;
    auto pascal = generatePascal(rows);
    for (const auto& row : pascal) {
        for (int num : row) std::cout << num << " ";
        std::cout << std::endl;
    }
    return 0;
}

解析：

  • 外层 vector 保存每一行
  • 内层 vector 行大小随行号动态变化
  • push_back 动态增长存储空间，体现了 vector 的灵活性

3️⃣ vector 底层原理深度剖析

  • 内存连续：数据存放在一块连续的内存中，支持高效的随机访问
  • 容量 vs 大小：size() 是元素个数，capacity() 是分配内存大小
  • 扩容策略：通常是倍增扩容，摊销时间复杂度为 O(1)
  • 迭代器失效：插入扩容时原内存地址改变，原迭代器失效需重新获取
  • 异常安全：采用移动语义或复制保证异常安全
  • 析构与清理：自动调用元素析构函数，释放内存
  • 分配器（Allocator）：可定制内存分配策略，灵活控制内存管理

4️⃣ 自定义简易 vector 模拟实现

template<typename T>
class SimpleVector {
private:
    T* data_;
    size_t size_;
    size_t capacity_;

    void reallocate(size_t newCap) {
        T* newData = new T[newCap];
        for (size_t i = 0; i < size_; ++i) {
            newData[i] = data_[i];
        }
        delete[] data_;
        data_ = newData;
        capacity_ = newCap;
    }

public:
    SimpleVector() : data_(nullptr), size_(0), capacity_(0) {}

    ~SimpleVector() { delete[] data_; }

    void push_back(const T& value) {
        if (size_ == capacity_) {
            size_t newCap = capacity_ == 0 ? 1 : capacity_ * 2;
            reallocate(newCap);
        }
        data_[size_++] = value;
    }

    T& operator[](size_t index) { return data_[index]; }

    size_t size() const { return size_; }

    size_t capacity() const { return capacity_; }
};

说明：

  • 实现了动态扩容和元素存储
  • 未实现异常安全、迭代器、删除等，侧重演示核心思想
  • 用于理解 std::vector 的内存管理与扩容机制

5️⃣ 重要细节补充与性能优化建议

细节项说明建议
扩容策略以 2 倍增长为主，避免频繁分配可根据场景调整增长倍数，权衡内存与性能
迭代器失效扩容时全部迭代器失效插入大量数据时谨慎保存迭代器
预留容量使用 reserve() 减少扩容次数适用于已知数据量的场景，提高效率
移动语义支持C++11 以上支持移动构造，减少拷贝开销自定义类型时实现移动构造与移动赋值
内存碎片化动态分配频繁，可能导致碎片化大批量数据尽量预分配，或者使用内存池管理
异常安全扩容及插入过程中防止异常导致资源泄露利用 RAII 及标准容器保证安全

6️⃣ 总结

  • std::vector 是 C++ 中最重要且高效的动态数组容器
  • 通过扩容策略和连续内存保证了良好性能与随机访问效率
  • 适合动态大小、随机访问频繁的场景
  • 理解底层机制有助于写出高性能、安全的代码
  • 使用示例（如杨辉三角）加深对实际应用的理解
  • 自定义简易版本帮助掌握核心原理

需要我帮你扩展成带异常安全的完整模拟实现，或者深度讲解 vector 迭代器和内存分配器机制吗？