vector

[C++] vectorの初期化方法とその活用法

C++でのvectorの初期化方法にはいくつかの方法があります。

デフォルトコンストラクタを使うと空のvectorが作成されます。

サイズを指定して初期化する場合は、vector<int> vec(10);のように要素数を指定します。

全ての要素を特定の値で初期化するには、vector<int> vec(10, 5);のようにします。

リスト初期化を使うと、vector<int> vec = {1, 2, 3};のように直接値を指定できます。

vectorは動的配列として活用され、要素の追加や削除が容易で、サイズ変更が頻繁に行われる場面で特に有用です。

vectorはSTLの一部であり、効率的なメモリ管理と柔軟なデータ操作を提供します。

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vectorの基本

C++のSTL(Standard Template Library)に含まれるvectorは、動的配列を実現するための非常に便利なコンテナです。

vectorは、要素の追加や削除が容易で、サイズを動的に変更できるため、固定サイズの配列に比べて柔軟性があります。

内部的には連続したメモリ領域を使用しており、ランダムアクセスが高速であるという特長を持っています。

vectorは、C++プログラムにおいて、データの管理や操作を効率的に行うための基本的なツールとして広く利用されています。

特に、要素数が事前に決まっていない場合や、頻繁に要素の追加・削除が行われる場合に、その利便性が発揮されます。

vectorの初期化方法

C++のvectorは、さまざまな方法で初期化することができます。

ここでは、代表的な初期化方法を紹介します。

これらの方法を理解することで、vectorを効率的に利用することが可能になります。

デフォルトコンストラクタによる初期化

デフォルトコンストラクタを使用すると、空のvectorを作成できます。

これは、後で要素を追加する場合に便利です。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers; // 空のvectorを作成
    return 0;
}

サイズ指定による初期化

vectorを特定のサイズで初期化することも可能です。

この場合、すべての要素はデフォルト値で初期化されます。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers(5); // 5つの要素を持つvectorを作成
    return 0;
}

値指定による初期化

サイズと初期値を指定してvectorを初期化することもできます。

すべての要素が同じ値で初期化されます。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers(5, 10); // 5つの要素を持ち、すべての要素が10で初期化されるvector
    return 0;
}

リスト初期化

C++11以降では、リスト初期化を使用してvectorを初期化することができます。

これにより、初期化リストを使って簡潔にvectorを作成できます。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5}; // リスト初期化
    return 0;
}

イテレータを使った初期化

他のコンテナや配列からイテレータを使ってvectorを初期化することができます。

これにより、部分的なコピーや変換が可能です。

#include <vector>
#include <array>
int main() {
    std::array<int, 5> arr = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> numbers(arr.begin(), arr.end()); // イテレータを使った初期化
    return 0;
}

コピーコンストラクタによる初期化

既存のvectorをコピーして新しいvectorを作成することができます。

これにより、元のvectorの内容をそのまま複製できます。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> original = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::vector<int> copy(original); // コピーコンストラクタによる初期化
    return 0;
}

これらの初期化方法を使い分けることで、vectorを柔軟に活用することができます。

vectorの活用法

C++のvectorは、動的配列としての特性を活かしてさまざまな操作が可能です。

ここでは、vectorの基本的な活用法を紹介します。

要素の追加と削除

vectorは、要素の追加や削除が簡単に行えます。

push_backメソッドを使って末尾に要素を追加し、pop_backメソッドで末尾の要素を削除できます。

また、insertやeraseを使って特定の位置に要素を追加・削除することも可能です。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers;
    numbers.push_back(1); // 要素を追加
    numbers.push_back(2);
    numbers.pop_back();   // 要素を削除
    numbers.insert(numbers.begin(), 0); // 先頭に要素を追加
    numbers.erase(numbers.begin());     // 先頭の要素を削除
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

要素へのアクセス

vectorの要素には、インデックスを使ってアクセスできます。

atメソッドを使うと、範囲外アクセス時に例外を投げるため、安全にアクセスできます。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    std::cout << numbers[2] << std::endl; // インデックスを使ったアクセス
    std::cout << numbers.at(2) << std::endl; // 安全なアクセス
    return 0;
}

3
3

サイズの変更

vectorのサイズは動的に変更可能です。

resizeメソッドを使うと、vectorのサイズを変更できます。

サイズを増やす場合は、新しい要素がデフォルト値で初期化されます。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3};
    numbers.resize(5); // サイズを5に変更
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

1 2 3 0 0

メモリ管理の最適化

vectorは、内部的にメモリを管理しています。

reserveメソッドを使うと、事前にメモリを確保して、頻繁な再割り当てを防ぐことができます。

これにより、パフォーマンスを向上させることができます。

#include <vector>
int main() {
    std::vector<int> numbers;
    numbers.reserve(10); // メモリを事前に確保
    return 0;
}

ソートと検索

vectorは、sort関数を使って簡単にソートできます。

また、find関数を使って要素を検索することも可能です。

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {5, 3, 1, 4, 2};
    std::sort(numbers.begin(), numbers.end()); // ソート
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    auto it = std::find(numbers.begin(), numbers.end(), 3); // 検索
    if (it != numbers.end()) {
        std::cout << "\nFound: " << *it << std::endl;
    } else {
        std::cout << "\nNot found" << std::endl;
    }
    return 0;
}

1 2 3 4 5
Found: 3

これらの活用法を駆使することで、vectorを効果的に利用することができます。

vectorの応用例

C++のvectorは、その柔軟性と機能性から、さまざまな応用が可能です。

ここでは、vectorを使ったいくつかの応用例を紹介します。

動的配列としての利用

vectorは、動的にサイズを変更できる配列として利用できます。

要素の追加や削除が頻繁に行われる場合に特に有用です。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> dynamicArray;
    for (int i = 0; i < 10; ++i) {
        dynamicArray.push_back(i); // 動的に要素を追加
    }
    for (int num : dynamicArray) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

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二次元配列の実装

vectorを使って二次元配列を実装することができます。

これは、行列やグリッドのようなデータ構造を扱う際に便利です。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<std::vector<int>> matrix(3, std::vector<int>(3, 0)); // 3x3の二次元配列を0で初期化
    matrix[1][1] = 5; // 中央の要素に値を設定
    for (const auto& row : matrix) {
        for (int num : row) {
            std::cout << num << " ";
        }
        std::cout << std::endl;
    }
    return 0;
}

0 0 0 
0 5 0 
0 0 0

スタックやキューの実装

vectorを使ってスタックやキューのデータ構造を実装することができます。

push_backとpop_backを使えばスタック、push_backとeraseを使えばキューを実現できます。

#include <vector>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> stack;
    stack.push_back(1); // スタックにプッシュ
    stack.push_back(2);
    stack.pop_back();   // スタックからポップ
    std::cout << "Stack top: " << stack.back() << std::endl;
    std::vector<int> queue;
    queue.push_back(1); // キューにエンキュー
    queue.push_back(2);
    queue.erase(queue.begin()); // キューからデキュー
    std::cout << "Queue front: " << queue.front() << std::endl;
    return 0;
}

Stack top: 1
Queue front: 2

データのフィルタリング

vectorを使って、特定の条件に基づいてデータをフィルタリングすることができます。

std::remove_ifとeraseを組み合わせることで、条件に合わない要素を削除できます。

#include <vector>
#include <algorithm>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5, 6};
    numbers.erase(std::remove_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) { return x % 2 == 0; }), numbers.end()); // 偶数を削除
    for (int num : numbers) {
        std::cout << num << " ";
    }
    return 0;
}

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データの集約と統計処理

vectorを使って、データの集約や統計処理を行うことができます。

std::accumulateを使って合計を計算したり、std::count_ifを使って条件に合う要素の数を数えたりできます。

#include <vector>
#include <numeric>
#include <iostream>
int main() {
    std::vector<int> numbers = {1, 2, 3, 4, 5};
    int sum = std::accumulate(numbers.begin(), numbers.end(), 0); // 合計を計算
    int count = std::count_if(numbers.begin(), numbers.end(), [](int x) { return x > 2; }); // 2より大きい要素の数を数える
    std::cout << "Sum: " << sum << std::endl;
    std::cout << "Count: " << count << std::endl;
    return 0;
}