【C++】動的配列 std::vectorの使い方

C++で配列の要素数を動的に確保したい場合に使う「std::vector」

std::vector 基本的な使い方

int型の可変長配列を定義して、色々操作してみます。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  // int型の可変長配列を定義しつつ初期化
  std::vector<int> v = { 1, 3, 5, 7, 10 };

  v.push_back(100);  // 末尾に要素を追加する {1,3,5,7,10,100}
  std::size_t size = v.size();  // 要素数を取得する 6
  v.insert(v.begin() + 1, 8);   // 1番目に値を追加する {1,8,3,5,7,10,100}
  v.erase(v.begin() + 3);   // 3番目の要素を削除する {1,8,3,7,10,100}

  // 先頭から全ての要素に対して処理を行う
  for (auto i : v) {
    std::cout << i << std::endl;
  }
 
  v.clear();    // 要素の全削除 {}
}

std::vector 概要

vectorの各要素は線形に順序を保ったまま格納されます。

各要素がメモリ上で連続した領域に配置されるため、各要素へのランダムアクセスが高速に行えます。

領域の確保、拡張は自動的に行われます。（拡張に備え実際の要素数より少し余分にメモリが確保される）

領域の再確保が発生する場合は、全ての要素が新しい領域にコピーされます。（連続した領域に配置されるため）
その際は非常にコストがかかるので、要素数が大きくなると分かっている場合は「reserve()」メンバ関数で予め領域を確保した方が良い。

std::vectorの構築

まずは、std::vectorの構築です。

リストから構築する

初期値を｛～, ～, ～, ～｝で指定して、std::vectorを構築します。

#include <vector>

int main()
{
  std::vector<int> num_vector = { 1, 2, 4, 6, 8 };
  std::vector<std::string> str_vector = { "aaa", "bbb", "ddd" };
}

空の配列を構築する

要素数０の空のstd::vectorを構築します。

#include <vector>

int main()
{
  std::vector<int> num_vector;    // 空の配列
  std::vector<std::string> str_vector;    // 空の配列
}

std::vectorに要素を追加する

構築後のstd::vectorに要素を追加する方法です。

push_back()で一番後ろに要素を追加する

push_backを使って、配列の末尾に新たな要素を追加します。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number;    // 空の配列を構築

  number.push_back(1);
  number.push_back(2);
  number.push_back(5);

  for (auto num : number) {
    std::cout << num << std::endl;
  }
}

【出力】
　1
　2
　5

insert()で任意の位置に要素を追加する

insertを使って、配列の任意の位置に新たな要素を追加します。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number = { 1, 2, 5, 7 };    // 要素数４の配列を構築

  // 2番目に「8」を追加する
  int n = 8;
  number.insert(number.begin()+1, n);

  // 3番目に「10」を追加する
  number.insert(number.begin()+2, 10);

  // 末尾に「20」を追加する
  number.insert(number.end(), 20);

  for (auto num : number) {
    std::cout << num << std::endl;
  }
}

要素へアクセスする

配列の各要素へのアクセスです。

atを使って要素にアクセスする

at(n)でn番目の要素を参照します。要素番号(n)を指定する際、先頭の要素は０番目となります。

nが配列の要素数以上の場合は、「out_of_range」例外が送出されます。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number = { 1, 2, 5, 7 };    // 要素数４の配列を構築

  // 3番目の要素を参照する
  auto num = number.at(3);
  std::cout << num << std::endl;

  // 範囲外のアクセス
  num = number.at(4);    // out_of_range送出
}

【出力】
　7

operator[]を使って要素にアクセスする

[n]でn番目の要素を参照します。要素番号(n)を指定する際、先頭の要素は０番目となります。

nが配列の要素数以上の場合は、未定義の動作となります。境界チェックが行われる場合もあれば、予期せぬ値を参照する場合もあります。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number = { 1, 2, 5, 7 };    // 要素数４の配列を構築

  // 2番目の要素を参照する
  auto num = number[2];
  std::cout << num << std::endl;
}

【出力】
　5

std::vectorから要素を削除する

std::vectorから要素を削除する方法です。

eraseを使って要素を削除する

eraseを使って特定の位置の要素、もしくは特定の範囲の要素を削除します。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{

  // 単一の削除
  {
    std::vector<int> number = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    number.erase(number.begin() + 3);
    std::cout << "[1] ";
    for (auto num : number) {
      std::cout << num;
      std::cout << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
  }
  
  // 複数の削除
  {
    std::vector<int> number = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    number.erase(number.begin(), number.begin() + 3);
    std::cout << "[2] ";
    for (auto num : number) {
      std::cout << num;
      std::cout << " ";
    }
    std::cout << std::endl;
  }
}

【出力】
　[1] 1 2 3 5 6
　[2] 4 5 6

eraseとfor文を使って複数の項目を削除する

for文で各要素の内容をチェックしつつ、eraseで特定の要素を削除します。

#include <vector>
#include <string>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<std::string> str = { "cat", "dog", "rabbit", "mouse", "fox", "horse" };

  // vector内の文字列で「t」が含まれている文字列を削除する
  for (auto it = str.begin(); it != str.end();) {
    if (it->find('t') != std::string::npos) {
      it = str.erase(it);    // 削除された要素の次をさすイテレータが戻る
    } else {
      ++it;    // 要素を削除しない場合は、イテレータを進める
    }
  }

  for (auto s : str) {
    std::cout << s << std::endl;
  }
}

【出力】
　dog
　mouse
　fox
　horse

pop_backを使って最後の要素を削除する

pop_backを使って、最後の要素を削除します。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number = { 1, 2, 3, 4, 5 };

  number.pop_back();    // 最後の要素を削除する

  for (auto num : number) {
    std::cout << num << std::endl;
  }
}

【出力】
　1
　2
　3
　4

clearを使って全要素を削除する

clearを使って、vector内の全ての要素を削除します。

#include <vector>
#include <iostream>

int main()
{
  std::vector<int> number = {1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 };

  std::cout << "before size : " << number.size() << std::endl;

  number.clear();    // 全要素を削除する

  std::cout << "after size  : " << number.size() << std::endl;
}

【出力】
　before size : 8
　after size  : 0