C++ 中的 std::vector 与 std::array

std::vector 是一个模板类，它封装了一个动态数组¹，存储在堆中，如果添加或删除元素，它会自动增长和缩小。它提供了所有钩子（begin()、end()、迭代器等），使其能够与 STL 的其余部分一起正常工作。它还有几个有用的方法可以让您执行在普通数组上会很麻烦的操作，例如在向量中间插入元素（它处理在幕后移动以下元素的所有工作）。

由于它将元素存储在堆上分配的内存中，因此相对于静态数组有一些开销。

std::array 是一个模板类，它封装了一个静态大小的数组，存储在对象本身中，这意味着，如果您在堆栈上实例化该类，则数组本身将在堆栈上。它的大小必须在编译时知道（它作为模板参数传递），它不能增长或缩小。

它比 std::vector 更受限制，但通常更有效，特别是对于小尺寸，因为实际上它主要是 C 样式数组的轻量级包装器。但是，它更安全，因为隐式转换为指针被禁用，并且它提供了 std::vector 和其他容器的许多与 STL 相关的功能，因此您可以轻松地将它与 STL 算法和公司无论如何，由于固定大小的限制，它远不如 std::vector 灵活。

有关 std::array 的介绍，请查看 this article；要快速介绍 std::vector 及其可能的操作，您可能需要查看它的 documentation。

实际上，我认为在标准中，它们是根据不同操作的最大复杂度来描述的（例如，在恒定时间内随机访问，在线性时间内迭代所有元素，在恒定摊销时间内添加和删除元素，等），但是AFAIK除了使用动态数组之外没有其他方法可以满足此类要求。正如@Lucretiel 所述，该标准实际上要求元素连续存储，因此它是一个动态数组，存储在相关分配器放置的位置。

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为了强调@MatteoItalia 的观点，效率差异在于数据的存储位置。堆内存（vector 需要）需要调用系统来分配内存，如果您计算周期，这可能会很昂贵。堆栈内存（可能用于 array）在时间方面实际上是“零开销”，因为内存是通过调整堆栈指针来分配的，并且只在进入函数时完成一次。堆栈还避免了内存碎片。可以肯定的是，std::array 并不总是在堆栈中；这取决于您分配它的位置，但与向量相比，它仍然会减少从堆中分配的内存。如果你有一个

小“数组”（例如 100 个元素以下）-（典型的堆栈约为 8MB，因此如果您的代码是递归的，则不要在堆栈上分配超过几 KB 或更少）

大小将固定

生命周期在函数范围内（或者是与父类具有相同生命周期的成员值）

你在计算周期，

绝对在向量上使用 std::array。如果这些要求中的任何一个不正确，则使用 std::vector。

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使用 std::vector<T> 类：

...与使用内置数组一样快，假设您只做内置数组允许您做的事情（读取和写入现有元素）。

...插入新元素时自动调整大小。

...允许您在向量的开头或中间插入新元素，自动“向上”“移动”其余元素（这有意义吗？）。它还允许您删除 std::vector 中任何位置的元素，自动将其余元素向下移动。

...允许您使用 at() 方法执行范围检查读取（如果您不希望执行此检查，您始终可以使用索引器 []）。

使用 std::vector<T> 有 两个 三个主要注意事项：

您无法可靠地访问底层指针，如果您正在处理需要数组地址的第三方函数，这可能是一个问题。 std::vector 类很愚蠢。它被实现为一个压缩位域，而不是一个数组。如果您想要一个布尔数组，请避免使用它！在使用期间，std::vectors 将比具有相同元素数量的 C++ 数组大一点。这是因为它们需要跟踪少量其他信息，例如它们的当前大小，并且因为每当 std::vector 调整大小时，它们会保留比它们需要的更多空间。这是为了防止它们在每次插入新元素时都必须调整大小。可以通过提供自定义分配器来更改此行为，但我从未觉得有必要这样做！

编辑：阅读 Zud 对问题的回复后，我觉得我应该添加以下内容：

std::array<T> 类与 C++ 数组不同。 std::array<T> 是 C++ 数组的一个非常薄的包装器，主要目的是对类的用户隐藏指针（在 C++ 中，数组被隐式转换为指针，通常会产生令人沮丧的效果）。 std::array<T> 类还存储其大小（长度），这非常有用。

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如果您正在考虑使用多维数组，那么 std::array 和 std::vector 之间还有一个区别。多维 std::array 将所有维度的元素都打包在内存中，就像 ac 样式数组一样。多维 std::vector 不会在所有维度中打包。

鉴于以下声明：

int cConc[3][5];
std::array<std::array<int, 5>, 3> aConc;
int **ptrConc;      // initialized to [3][5] via new and destructed via delete
std::vector<std::vector<int>> vConc;    // initialized to [3][5]

指向 c 样式数组 (cConc) 或 std::array (aConc) 中第一个元素的指针可以通过将每个前面的元素加 1 来遍历整个数组。它们包装得很紧。

指向向量数组 (vConc) 或指针数组 (ptrConc) 中第一个元素的指针只能遍历前 5 个（在这种情况下）元素，然后有 12 个字节（在我的系统上）的开销用于下一个向量。

这意味着初始化为 [3][1000] 数组的 std::vector> 数组在内存中将比初始化为 [1000][3] 数组的数组小得多，并且两者在内存中都将大于 std：数组分配任何一种方式。

这也意味着您不能简单地将多维向量（或指针）数组传递给例如 openGL 而不考虑内存开销，但您可以天真地将多维 std::array 传递给 openGL 并让它解决。

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将上述讨论总结在一个表格中以供快速参考：

C 样式数组 std::array std::vector 大小 固定/静态 固定/静态 动态内存效率 更高效 更高效 效率较低（可能在新分配时将其大小翻倍。） 复制 迭代元素或使用 std::copy()直接复制：a2 = a1；直接复制：v2 = v1；传递给函数 通过指针传递。 （大小在函数中不可用） 按值传递 按值传递（在该函数中可用大小） 大小 sizeof(a1) / sizeof(a1[0]) a1.size() v1.size() 用例 用于快速访问和何时不经常需要的插入/删除。与经典数组相同，但更安全、更容易传递和复制。可能需要频繁添加或删除时

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向量是容器类，而数组是分配的内存。

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