C++ Vector：动态数组的强大替代

在 C++ 编程中，数组是一种基础且高效的数据结构。然而，传统的 C 风格数组存在一些固有的局限性，例如固定大小、不安全的访问以及手动内存管理的复杂性。为了解决这些问题，C++ 标准库提供了一个极其强大且灵活的容器——std::vector。std::vector 不仅仅是一个动态数组，它更是一个智能、安全的动态数组替代品，极大地简化了 C++ 中的内存管理和数据结构操作。

什么是 `std::vector`？

std::vector 是 C++ 标准库中的一个模板类，定义在 <vector> 头文件中。它提供了一个连续存储的动态数组，这意味着 vector 中的元素像普通数组一样存储在内存的连续区域。这种连续性是其高效访问（通过索引）和与传统数组兼容的关键。

与 C 风格数组不同，std::vector 可以根据需要自动增长和收缩。程序员无需手动分配和释放内存，vector 会在内部处理这些复杂的任务，从而避免了内存泄漏和悬挂指针等常见错误。

`std::vector` 的核心特性

动态大小 (Dynamic Sizing)
vector 最显著的特点就是其大小可以在运行时动态改变。当你添加元素时，如果当前容量不足，vector 会自动分配一块更大的内存，并将现有元素拷贝过去，然后释放旧内存。这种机制对用户来说是透明的，极大地提高了开发的便捷性和程序的健壮性。
连续存储 (Contiguous Storage)
vector 保证其所有元素都存储在连续的内存块中。这使得通过指针算术或索引访问元素变得非常高效，与内置数组的性能几乎相同。这同时也意味着 vector 可以与许多接受 C 风格数组的 API 无缝协作（通过 data() 成员函数）。
自动内存管理 (Automatic Memory Management)
vector 负责其内部存储的分配和释放。当 vector 对象超出作用域时，它的析构函数会自动释放其占用的内存，无需程序员干预。这消除了手动 new 和 delete 带来的复杂性和潜在错误。
随机访问 (Random Access)
由于连续存储的特性，vector 支持 O(1) 时间复杂度的随机访问，即通过索引（如 v[i] 或 v.at(i)）可以直接访问任何位置的元素。
高效的末尾插入/删除 (Efficient Back Insertion/Deletion)
在 vector 的末尾添加（push_back）或删除（pop_back）元素通常非常高效，平均时间复杂度为 O(1)。这是因为在大多数情况下，vector 已经预留了额外的容量。当需要重新分配时，虽然会带来 O(n) 的开销，但由于其倍增的扩容策略，平摊下来仍然是 O(1)。
迭代器支持 (Iterator Support)
vector 提供了丰富的迭代器，可以用于遍历元素，与标准库算法（如 std::sort, std::find 等）完美结合。

`std::vector` 相对于 C 风格动态数组的优势

让我们对比一下 std::vector 与手动管理内存的 C 风格动态数组：

| 特性 | std::vector | C 风格动态数组 (如 `new int[size