std::vector

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// std::vector の基本構文
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#include <vector>  // vector を使うには このヘッダが必要です

// 宣言と初期化のパターンです
std::vector<int> v1;               // 空の vector を作ります
std::vector<int> v2(5);            // 要素数5・値0で初期化します
std::vector<int> v3(5, 42);        // 要素数5・値42で初期化します
std::vector<int> v4 = {1, 2, 3};   // 初期化子リストで初期化します（C++11）

// 要素の追加・削除です
v1.push_back(10);   // 末尾に追加します
v1.pop_back();      // 末尾を削除します

// 要素へのアクセスです
int a = v2[0];          // インデックスアクセス（範囲チェックなし）
int b = v2.at(0);       // 範囲チェックあり（範囲外は例外 std::out_of_range）
int f = v2.front();     // 先頭要素を取得します
int l = v2.back();      // 末尾要素を取得します

// サイズ・容量の確認です
v2.size();      // 現在の要素数を返します
v2.empty();     // 要素が0件のとき true を返します
v2.capacity();  // 確保済み容量を返します（再アロケーションのタイミングに影響します）
v2.reserve(100); // 容量を予約します（再アロケーションを抑えたいときに使います）

// イテレータでの走査です
for (std::vector<int>::iterator it = v4.begin(); it != v4.end(); ++it) {
    std::cout << *it << std::endl;
}

// 範囲 for（C++11）での走査です
for (int x : v4) {
    std::cout << x << std::endl;
}

// 全要素削除です
v1.clear();

メンバ関数	概要
push_back(val)	末尾に要素を追加します。
pop_back()	末尾の要素を削除します。
insert(it, val)	イテレータ it の位置に要素を挿入します。O(n) の操作です。
erase(it)	イテレータ it の位置の要素を削除します。O(n) の操作です。
at(i)	インデックス i の要素を返します。範囲外のとき std::out_of_range を投げます。
operator[](i)	インデックス i の要素を返します。範囲チェックはありません。
front()	先頭要素への参照を返します。
back()	末尾要素への参照を返します。
size()	現在の要素数を返します。
empty()	要素が0件のとき true を返します。
capacity()	現在確保されている容量（再アロケーションが起きるまでの上限）を返します。
reserve(n)	容量を少なくとも n に予約します。要素の追加前に呼ぶと再アロケーションを防げます。
resize(n)	要素数を n に変更します。増加分はデフォルト値で初期化されます。
clear()	全要素を削除して要素数を0にします。容量は変化しません。
begin() / end()	先頭・末尾の次を指すイテレータを返します。範囲 for やアルゴリズム関数に渡して使います。

steins_vector.cpp

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// steins_vector.cpp
// Steins;Gate の登場人物を std::vector で管理する
// 追加・検索・削除・走査の基本操作を示すサンプルです
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#include <iostream>
#include <vector>
#include <string>
#include <algorithm>  // std::find を使うために必要です

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// ラボメン情報を保持する構造体です
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struct LabMember {
    std::string name;       // ラボメン名です
    int         memberNo;   // ラボメン番号です
    std::string role;       // 役割です
};

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// ラボメン情報を一行で表示するヘルパー関数です
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void printMember(const LabMember& m) {
    std::cout << "No." << m.memberNo
              << "  " << m.name
              << "  [" << m.role << "]"
              << std::endl;
}

int main() {

    // ========================================
    // 1. vector の宣言と初期要素の追加
    // push_back() で末尾に追加するのが基本です
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    std::vector<LabMember> members;

    // reserve() で容量を事前に確保します
    // 追加のたびに再アロケーションが起きるのを防げます
    members.reserve(5);

    members.push_back({"岡部倫太郎",   1, "狂気のマッドサイエンティスト"});
    members.push_back({"牧瀬紅莉栖",   2, "天才科学者"});
    members.push_back({"椎名まゆり",   3, "コスプレイヤー"});
    members.push_back({"阿万音鈴羽",   4, "未来からのタイムトラベラー"});
    members.push_back({"橋田至",       5, "ハッカー（ダル）"});

    std::cout << "=== フューチャーガジェット研究所 ラボメン一覧 ===" << std::endl;
    std::cout << "要素数: " << members.size()
              << "  確保容量: " << members.capacity() << std::endl << std::endl;

    // ========================================
    // 2. インデックスアクセスと at() の違い
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    std::cout << "--- インデックスアクセス ---" << std::endl;
    std::cout << "members[0].name = " << members[0].name << std::endl;
    std::cout << "members.at(1).name = " << members.at(1).name << std::endl;
    std::cout << "front: " << members.front().name << std::endl;
    std::cout << "back:  " << members.back().name  << std::endl << std::endl;

    // ========================================
    // 3. 範囲 for ループで全員を表示します
    // ========================================
    std::cout << "--- 全ラボメン ---" << std::endl;
    for (int i = 0; i < (int)members.size(); i++) {
        printMember(members[i]);
    }
    std::cout << std::endl;

    // ========================================
    // 4. insert() で任意の位置に挿入します
    // begin() + n でn番目の位置を指定します
    // ========================================
    LabMember faris = {"フェイリス・ニャンニャン", 6, "メイドの女王"};
    // 先頭（No.1 岡部の前）に挿入します
    members.insert(members.begin(), faris);

    std::cout << "--- フェイリスを先頭に insert() した後 ---" << std::endl;
    for (int i = 0; i < (int)members.size(); i++) {
        printMember(members[i]);
    }
    std::cout << std::endl;

    // ========================================
    // 5. erase() で名前検索して削除します
    //    名前が一致する最初の要素を削除しています
    // ========================================
    std::string targetName = "フェイリス・ニャンニャン";
    for (std::vector<LabMember>::iterator it = members.begin();
         it != members.end(); ++it) {
        if (it->name == targetName) {
            members.erase(it);
            std::cout << targetName << " を erase() しました。" << std::endl;
            break;
        }
    }
    std::cout << std::endl;

    // ========================================
    // 6. pop_back() で末尾を削除します
    // ========================================
    std::cout << "pop_back() 前の末尾: " << members.back().name << std::endl;
    members.pop_back();
    std::cout << "pop_back() 後の末尾: " << members.back().name << std::endl;
    std::cout << std::endl;

    // ========================================
    // 7. 最終状態を表示します
    // ========================================
    std::cout << "--- 最終ラボメン一覧（要素数: " << members.size() << "） ---" << std::endl;
    for (int i = 0; i < (int)members.size(); i++) {
        printMember(members[i]);
    }
    std::cout << std::endl;

    // ========================================
    // 8. clear() で全要素を削除します
    //    容量（capacity）は変わらないことに注意してください
    // ========================================
    members.clear();
    std::cout << "clear() 後 → size: " << members.size()
              << "  capacity: " << members.capacity() << std::endl;

    return 0;
}

# コンパイルします
g++ -std=c++11 steins_vector.cpp -o steins_vector

# 実行します
./steins_vector
=== フューチャーガジェット研究所 ラボメン一覧 ===
要素数: 5  確保容量: 5

--- インデックスアクセス ---
members[0].name = 岡部倫太郎
members.at(1).name = 牧瀬紅莉栖
front: 岡部倫太郎
back:  橋田至

--- 全ラボメン ---
No.1  岡部倫太郎  [狂気のマッドサイエンティスト]
No.2  牧瀬紅莉栖  [天才科学者]
No.3  椎名まゆり  [コスプレイヤー]
No.4  阿万音鈴羽  [未来からのタイムトラベラー]
No.5  橋田至  [ハッカー（ダル）]

--- フェイリスを先頭に insert() した後 ---
No.6  フェイリス・ニャンニャン  [メイドの女王]
No.1  岡部倫太郎  [狂気のマッドサイエンティスト]
No.2  牧瀬紅莉栖  [天才科学者]
No.3  椎名まゆり  [コスプレイヤー]
No.4  阿万音鈴羽  [未来からのタイムトラベラー]
No.5  橋田至  [ハッカー（ダル）]

フェイリス・ニャンニャン を erase() しました。

pop_back() 前の末尾: 橋田至
pop_back() 後の末尾: 阿万音鈴羽

--- 最終ラボメン一覧（要素数: 4） ---
No.1  岡部倫太郎  [狂気のマッドサイエンティスト]
No.2  牧瀬紅莉栖  [天才科学者]
No.3  椎名まゆり  [コスプレイヤー]
No.4  阿万音鈴羽  [未来からのタイムトラベラー]

clear() 後 → size: 0  capacity: 6

push_back 中のイテレータ無効化

push_back() や insert() で要素が追加されると、内部で再アロケーションが発生することがあります。再アロケーションが起きると、それ以前に取得していたイテレータ・ポインタ・参照はすべて無効になります。無効なイテレータを使い続けると未定義動作です。

NG 例

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

int main() {
    std::vector<std::string> members;
    members.push_back("岡部倫太郎");
    members.push_back("牧瀬紅莉栖");

    // イテレータを取得します
    std::vector<std::string>::iterator it = members.begin();

    // push_back で再アロケーションが起きると it は無効になります
    members.push_back("椎名まゆり");
    members.push_back("阿万音鈴羽");
    members.push_back("橋田至");

    // NG: 無効化された it を使う（未定義動作）
    std::cout << *it << std::endl;
    return 0;
}

OK 例: reserve() で容量を確保しておくか、使う直前にイテレータを取得し直します。

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

int main() {
    std::vector<std::string> members;

    // 必要な容量を事前に確保しておくと再アロケーションが起きません
    members.reserve(5);

    members.push_back("岡部倫太郎");
    members.push_back("牧瀬紅莉栖");
    members.push_back("椎名まゆり");
    members.push_back("阿万音鈴羽");
    members.push_back("橋田至");

    // reserve 後は capacity() の範囲内であれば再アロケーションは起きません
    // イテレータを取得します（push_back の後なので安全です）
    std::vector<std::string>::iterator it = members.begin();
    std::cout << *it << std::endl;
    return 0;
}

# コンパイルします
g++ -std=c++11 ok_vector_reserve.cpp -o ok_vector_reserve

# 実行します
./ok_vector_reserve
岡部倫太郎

reserve と resize の混同

reserve(n) は内部バッファの容量を確保するだけで、要素数（size()）は変わりません。resize(n) は要素数を変更し、増加分はデフォルト値で初期化されます。reserve() の後にインデックスアクセス（v[i]）をしても、要素はまだ存在しないため未定義動作になります。

NG 例（reserve 後の [] アクセス）

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

int main() {
    std::vector<std::string> members;
    members.reserve(5);  // 容量を確保しただけで要素はありません

    // NG: reserve 後に [] でアクセスしても要素は存在しません（未定義動作）
    members[0] = "岡部倫太郎";
    std::cout << members[0] << std::endl;
    return 0;
}

OK 例: resize() で要素を確保してからアクセスするか、push_back() で追加します。

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

int main() {
    // resize() は要素を確保します（デフォルト値で初期化されます）
    std::vector<std::string> members;
    members.resize(5);  // size() = 5 になります

    members[0] = "岡部倫太郎";
    members[1] = "牧瀬紅莉栖";
    members[2] = "椎名まゆり";
    members[3] = "阿万音鈴羽";
    members[4] = "橋田至";

    for (int i = 0; i < (int)members.size(); i++) {
        std::cout << members[i] << std::endl;
    }

    // push_back で追加する場合は reserve() で容量だけ確保するのが効率的です
    std::vector<std::string> members2;
    members2.reserve(5);  // 容量を予約します（size() は 0 のまま）
    members2.push_back("岡部倫太郎");
    members2.push_back("牧瀬紅莉栖");
    std::cout << "size: " << members2.size() << "  capacity: " << members2.capacity() << std::endl;

    return 0;
}

# コンパイルします
g++ -std=c++11 ok_vector_resize.cpp -o ok_vector_resize

# 実行します
./ok_vector_resize
岡部倫太郎
牧瀬紅莉栖
椎名まゆり
阿万音鈴羽
橋田至
size: 2  capacity: 5

std::vector は C++ STL の中で最も汎用的なシーケンスコンテナです。内部では連続したメモリ領域を使っているため、インデックスによるランダムアクセスが O(1) で行えます。末尾への push_back() は均せば O(1)（アモータイズド定数）ですが、容量が足りなくなると再アロケーションが発生します。要素数が事前にわかっている場合は reserve() で容量を予約しておくと再アロケーションを防いでパフォーマンスを向上させられます。一方、中間への insert() や erase() はその位置以降の要素をすべてずらす O(n) の操作になるため、頻繁に中間操作が必要なら std::list の利用も検討してください。要素へのアクセスには範囲チェックのある at() を使うと、インデックス誤りを std::out_of_range 例外として検出できます。