数组

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#include <iostream>
#include <array>
using namespace std;
 
void demonstrateArrays() {
    // 方式一：传统的C风格数组
    int traditional_array[5] = {10, 20, 30, 40, 50};  // 创建一个包含5个整数的数组
    
    // 访问数组中的元素（索引从0开始）
    cout << "传统数组的第3个元素是: " << traditional_array[2] << endl;  // 输出30
    
    // 方式二：现代C++的std::array（更推荐使用）
    array<int, 5> modern_array = {11, 22, 33, 44, 55};  // 创建一个std::array
    
    // std::array提供了更多安全特性和便利方法
    cout << "现代数组的第3个元素是: " << modern_array[2] << endl;     // 输出33
    cout << "现代数组的大小是: " << modern_array.size() << endl;      // 输出5
    
    // 我们可以安全地访问数组元素
    cout << "使用at()方法访问: " << modern_array.at(2) << endl;      // 更安全的访问方式
}

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#include <vector>
using namespace std;
 
void demonstrateAccess() {
    vector<int> numbers = {10, 20, 30, 40, 50};  // 创建一个包含5个数字的数组
    
    // 访问任意位置的元素都是瞬间完成的
    int first_element = numbers[0];    // 获取第一个元素，值为10
    int third_element = numbers[2];    // 获取第三个元素，值为30
    int last_element = numbers[4];     // 获取最后一个元素，值为50
    
    cout << "第一个元素: " << first_element << endl;  // 输出: 第一个元素: 10
    cout << "第三个元素: " << third_element << endl;  // 输出: 第三个元素: 30
    cout << "最后一个元素: " << last_element << endl; // 输出: 最后一个元素: 50
}

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#include <vector>
using namespace std;
 
// 在数组中搜索指定的元素
int findElement(const vector<int>& arr, int target) {
    // 从第一个元素开始，逐个检查
    for (int i = 0; i < arr.size(); i++) {      // 遍历数组中的每个位置
        if (arr[i] == target) {                 // 检查当前位置的值是否是我们要找的
            return i;                           // 找到了！返回这个位置的索引
        }
    }
    return -1;  // 遍历完所有元素都没找到，返回-1表示不存在
}
 
void demonstrateSearch() {
    vector<int> numbers = {15, 3, 9, 1, 7, 12, 6};  // 一个无序的数组
    
    int position = findElement(numbers, 7);          // 搜索数字7
    if (position != -1) {
        cout << "找到了数字7，它在位置 " << position << endl;  // 输出: 找到了数字7，它在位置 4
    } else {
        cout << "没有找到数字7" << endl;
    }
    
    int missing_position = findElement(numbers, 100);  // 搜索不存在的数字100
    if (missing_position != -1) {
        cout << "找到了数字100，它在位置 " << missing_position << endl;
    } else {
        cout << "没有找到数字100" << endl;              // 这行会被执行
    }
}

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#include <vector>
using namespace std;
 
void demonstrateInsertion() {
    vector<int> numbers = {10, 20, 30, 40, 50};  // 原始数组: [10, 20, 30, 40, 50]
    
    // 情况1：在末尾插入（最简单的情况）
    numbers.push_back(60);                        // 在末尾添加60
    cout << "在末尾插入60后: ";
    for (int num : numbers) {
        cout << num << " ";                       // 输出: 10 20 30 40 50 60
    }
    cout << endl;
    
    // 情况2：在中间插入（需要移动元素）
    // 比如我们想在位置2插入25，最终结果应该是[10, 20, 25, 30, 40, 50, 60]
    numbers.insert(numbers.begin() + 2, 25);     // 在索引2的位置插入25
    cout << "在位置2插入25后: ";
    for (int num : numbers) {
        cout << num << " ";                       // 输出: 10 20 25 30 40 50 60
    }
    cout << endl;
}
 
// 让我们手动实现插入逻辑来理解背后发生了什么
void manualInsert(vector<int>& arr, int position, int value) {
    // 首先扩展数组大小
    arr.resize(arr.size() + 1);
    
    // 从后往前移动元素，为新元素腾出空间
    for (int i = arr.size() - 1; i > position; i--) {
        arr[i] = arr[i - 1];                      // 将每个元素向后移动一位
    }
    
    // 在指定位置插入新元素
    arr[position] = value;
}

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#include <vector>
using namespace std;
 
void demonstrateDeletion() {
    vector<int> numbers = {10, 20, 30, 40, 50, 60};  // 原始数组: [10, 20, 30, 40, 50, 60]
    
    // 情况1：删除末尾元素（最简单的情况）
    numbers.pop_back();                               // 删除最后一个元素60
    cout << "删除末尾元素后: ";
    for (int num : numbers) {
        cout << num << " ";                           // 输出: 10 20 30 40 50
    }
    cout << endl;
    
    // 情况2：删除中间元素（需要移动其他元素）
    // 删除位置2的元素（值为30），最终结果应该是[10, 20, 40, 50]
    numbers.erase(numbers.begin() + 2);               // 删除索引2位置的元素
    cout << "删除位置2的元素后: ";
    for (int num : numbers) {
        cout << num << " ";                           // 输出: 10 20 40 50
    }
    cout << endl;
}
 
// 让我们手动实现删除逻辑来理解背后的过程
void manualDelete(vector<int>& arr, int position) {
    // 检查位置是否有效
    if (position < 0 || position >= arr.size()) {
        cout << "删除位置无效!" << endl;
        return;
    }
    
    // 将后面的元素向前移动，覆盖要删除的元素
    for (int i = position; i < arr.size() - 1; i++) {
        arr[i] = arr[i + 1];                          // 将后一个元素移动到当前位置
    }
    
    // 缩小数组大小
    arr.resize(arr.size() - 1);
}

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#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
 
void understandVector() {
    vector<int> numbers;  // 创建一个空的vector
    
    cout << "初始状态:" << endl;
    cout << "size: " << numbers.size() << endl;         // 当前元素数量，输出: 0
    cout << "capacity: " << numbers.capacity() << endl; // 当前容量，可能输出: 0
    
    // 添加一些元素，观察size和capacity的变化
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        numbers.push_back(i);
        cout << "添加元素 " << i << " 后 - size: " << numbers.size() 
             << ", capacity: " << numbers.capacity() << endl;
    }
}

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#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
 
void analyzeVectorGrowth() {
    vector<int> numbers;
    int total_copies = 0;  // 记录总的复制次数
    
    for (int i = 1; i <= 16; i++) {
        int old_capacity = numbers.capacity();
        numbers.push_back(i);
        int new_capacity = numbers.capacity();
        
        if (new_capacity > old_capacity) {
            // 发生了扩容，计算复制的元素数量
            int copies = i - 1;  // 之前的所有元素都被复制了
            total_copies += copies;
            cout << "添加元素 " << i << " 时发生扩容，复制了 " << copies << " 个元素" << endl;
            cout << "容量从 " << old_capacity << " 增长到 " << new_capacity << endl;
        }
    }
    
    cout << "总共添加了 16 个元素，总复制次数: " << total_copies << endl;
    cout << "平均每次添加操作的复制次数: " << (double)total_copies / 16 << endl;
}

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#include <vector>
#include <iostream>
using namespace std;
 
void demonstrateMultiDimensionalArrays() {
    // 方式一：传统的二维数组（3行4列）
    int traditional_matrix[3][4] = {
        {1,  2,  3,  4},    // 第0行
        {5,  6,  7,  8},    // 第1行
        {9, 10, 11, 12}     // 第2行
    };
    
    // 访问第2行第3列的元素（注意从0开始计数）
    cout << "传统数组[1][2] = " << traditional_matrix[1][2] << endl;  // 输出: 7
    
    // 方式二：使用vector创建动态二维数组
    // 创建一个3行4列的二维数组，初始值都为0
    vector<vector<int>> dynamic_matrix(3, vector<int>(4, 0));
    
    // 填充一些数据
    int value = 1;
    for (int row = 0; row < 3; row++) {
        for (int col = 0; col < 4; col++) {
            dynamic_matrix[row][col] = value++;  // 依次填入1,2,3...
        }
    }
    
    // 访问和修改元素
    dynamic_matrix[1][2] = 100;  // 修改第2行第3列的元素
    
    // 打印整个矩阵
    cout << "动态二维数组:" << endl;
    for (int row = 0; row < dynamic_matrix.size(); row++) {
        for (int col = 0; col < dynamic_matrix[row].size(); col++) {
            cout << dynamic_matrix[row][col] << "\t";
        }
        cout << endl;
    }
}

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int daysInMonth[12] = {31, 28, 31, 30, 31, 30, 31, 31, 30, 31, 30, 31};
// 想知道3月有多少天？直接访问daysInMonth[2]即可（注意从0开始计数）