数组 vs 向量：基本相似性和区别介绍

Question

在C++中，数组和向量有什么区别？这些区别可能包括所包含的库、符号、能力等。

数组

数组包含特定类型的特定数量的元素。当定义数组时，必须指定数组将包含的元素类型和数量，以便编译器在编译程序时可以保留所需的空间。编译器必须能够在编译程序时确定此值。定义数组后，您可以使用数组标识符和索引来访问数组的特定元素。[...] 数组是以零为基础的；也就是说，第一个元素的索引为0。这种索引方式表明了C++中指针和数组之间的密切关系以及语言定义指针算术规则。

——《C++口袋参考》

向量

一个向量是一个动态大小的对象序列，提供类似数组的operator[]随机访问。成员函数push_back通过复制构造函数将其参数复制，将该副本添加为向量中的最后一个项目，并将其大小增加一。pop_back则完全相反，通过删除最后一个元素来实现。从向量末尾插入或删除项需要平摊常数时间，而从任何其他位置插入或删除需要线性时间。这些是向量的基础知识。在大多数情况下，向量应该是您首选的C样式数组。首先，它们是动态大小的，这意味着它们可以根据需要增长。您不必进行各种研究以确定最佳静态大小，如在C数组的情况下；向量按需增长，如果需要，可以手动调整大小。其次，向量通过at成员函数提供边界检查（但不包括operator[]），因此如果您引用不存在的索引，则可以执行某些操作，而不仅仅是观察程序崩溃或更糟糕地继续执行具有损坏数据的操作。

- Trancot

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最基本的不同之处：向量是一个好选择的目的。 - Jerry Coffin

“全面”和“简明”是正交的。也就是说，它们不仅不互为蕴含，而且它们甚至不在同一个标度上。 - Lightness Races in Orbit

Answer 1

数组：

• 是一种内置的语言构造；
• 几乎没有从C89中修改;
• 只提供连续的、可索引的元素序列，没有花哨的功能；
• 大小固定；你不能在C++中调整数组的大小(除非它是POD数组并使用malloc分配)；
• 它们的大小必须是编译时常数，除非它们是动态分配的；
• 它们根据你声明它们的范围来占用存储空间；
• 如果是动态分配的，你必须显式地释放它们；
• 如果它们是动态分配的，你只会得到一个指针，无法确定它们的大小；否则，你可以使用sizeof(因此通常使用sizeof(arr)/sizeof(*arr)这个习惯用法，在指针上不小心使用时会静默失败)；
• 在大多数情况下自动退化为指针；特别是当将它们传递给函数时，这种情况通常需要传递一个单独的参数来表示它们的大小；
• 不能从函数返回；(除非是std::array)
• 不能直接复制/赋值；
• 对象的动态数组需要一个默认构造函数，因为它们的所有元素必须首先被构造；

std::vector：

• 是一个模板类；
• 仅在C++中使用；
• 作为动态数组实现；
• 可以动态增长和缩小；
• 自动管理其内存，在销毁时释放；
• 可以通过值传递给/从函数返回；
• 可以被复制/赋值（这会对所有存储的元素执行深度复制）；
• 不会衰减为指针，但您可以显式获取它们数据的指针（&vec[0]保证按预期工作）；
• 始终将内部动态数组的大小（当前存储的元素数）和容量（当前分配块中可以存储的元素数）带到一起；
• 内部动态数组不是在对象本身内分配的（它只包含一些“簿记”字段），而是由相关模板参数中指定的分配器动态分配的；默认值从自由存储区（称为堆）获取内存，与实际对象分配的位置无关；
• 因此，对于小型、短寿命、本地数组，它们可能比“常规”数组效率低；
• 重新分配时，对象会被复制（在C++11中移动）；
• 不需要对象的默认构造函数；
• 与所谓的STL更好地集成（它提供了begin()/end()方法、通常的STL typedef等）。

还要考虑数组的“现代替代品”——std::array；我在另一个答案中已经描述了std::vector和std::array之间的区别，你可能想看一下。

- Matteo Italia

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谢谢你，@MatteoItalia。如果能提供一两个参考资料就更好了。 - Trancot

@Trancot：任何一本好的C++书都可以。 - Matteo Italia

@Trancot：我真的无法给你更好的参考资料了——这篇帖子中强调的差异来自标准的许多不同部分，需要借助一本好的C++手册才能更好地理解。 - Matteo Italia

这样一个详尽的描述的例子会很好！ - carloswm85

我相信在C++11中可以返回std::array。 - Meric Ozcan

@MericOzcan：是的，但它们完全是另一回事（如答案结尾所述）。 - Matteo Italia

Answer 2

我会添加，数组在C++中是非常低级的构造，当你“学习绳索”时应尽可能避免使用它们 -- 即使是C++的设计者Bjarne Stroustrup也推荐这样做。

向量与数组非常接近，但具有许多方便和安全功能。当你与处理原始数组的API进行交互或构建自己的集合时，你可能会开始使用数组。

- John Källén

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应用程序接口(API)：(http://en.wikipedia.org/wiki/API)。它是软件实体(包、库、操作系统)的入口点集合。一些API将具有类似strcat(char * dst, char * src)的入口点，其中dst和src被视为字符数组(即使函数签名暗示了字符指针)。 - John Källén

Answer 3

这些参考资料基本回答了你的问题。简单来说，向量的长度是动态的，而数组的大小是固定的。 使用数组时，在声明时需要指定其大小：

int myArray[100];
myArray[0]=1;
myArray[1]=2;
myArray[2]=3;

对于向量，您只需声明并添加元素。

vector<int> myVector;
myVector.push_back(1);
myVector.push_back(2);
myVector.push_back(3);
...

有时候你不知道需要多少元素，这种情况下使用向量会很理想。

- Nicolas Brown