vector內存增加方式

1、前言

    首先說明，vector能夠理解爲動態數組，既然是數組，那麼它在內存中就應該是一塊連續的內存，但vector是如何支持動態增加的呢？關於這個問題，網上有很對說法，但其中有些說法是錯誤的，最近看到有一篇博友的解釋就很是正確vector空間動態增加，這裏就針對的他的解釋進行進一步的闡述，並進行實際驗證。

2、vector內存增加方式

   C++primer中屢次明確指出對vector使用的建議是：先建立一個空的vector對象，而後再運行時再利用vector的成員函數push_back向其中添加元素。先以此來驗證vector的內存的自動增加，程序說明爲：建立一個空的vector a，而後採用push_back向其中添加元素，共迭代10次，運行環境爲VS2010IDE

1. #include <iostream>  
2. #include <vector>  
3. using namespace std;  
4. int main()  
5. {  
6.     vector<int> a;  
7.     cout << "a.size(): " << a.size() << "       a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
8.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
9.     {  
10.         a.push_back(i);  
11.         cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
12.     }  
13.     return 0;  
14. }  

運行結果爲：

    在分析結果以前，首先介紹與vector的內存佈局，而後再介紹與內存增加相關的四個函數，分別爲size()、capacity()、reserve()、resize()函數。

（1）vector內存佈局

    start迭代器指向已用空間的首元素，finish指向已用空間的尾元素的下一個位置，end_of_storage指向可用空間的末尾。

（2）size()、capacity()、reserve()、resize()函數

 

    size()函數返回的是已用空間大小，capacity()返回的是總空間大小，capacity()-size()則是剩餘的可用空間大小。當size()和capacity()相等，說明vector目前的空間已被用完，若是再添加新元素，則會引發vector空間的動態增加。reserve(n)預先分配一塊較大的指定大小的內存空間，其中n爲分配空間大小；resize()成員函數只改變元素的數目，不改變vector的容量。

    再看剛剛的運行結果，首先能夠肯定，在VS2010的編譯器裏面每次並非增加固定的內存，能夠看出是增加當前內存的一半。並且因爲咱們的程序沒有調用reserve（n）函數預先分配一塊內存，因此內存增加是編譯器自動完成的。這個自動增加包括從新分配內存空間、拷貝原空間、釋放原空間三個過程，具體策略爲當添加元素時，若是vector空間大小不足，則會以原大小的1.5倍另外配置一塊較大的新空間，而後將原空間內容拷貝過來，在新空間的內容末尾添加元素，並釋放原空間。也就是說vector的空間動態增長大小，並非在原空間以後的相鄰地址增長新空間，由於vector的空間是線性連續分配的，不能保證原空間以後有可供配置的空間。這就解釋了上述程序的運行結果。

    可是，針對以上自動完成的內存增加過程，因爲包括從新分配內存空間、拷貝原空間、釋放原空間等步驟，這些過程會下降程序效率，所以可使用reserve(n)預先分配一塊較大的指定大小的內存空間，這樣當指定大小的內存空間未使用完時，是不會從新分配內存空間的，這樣便提高了效率。下面對上一個程序進行擴展以下，即再定義一個vector b，預先分配10個內存，進行11次push_back操做

1. #include <iostream>  
2. #include <vector>  
3. using namespace std;  
4. int main()  
5. {  
6.     vector<int> a;  
7.     cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
8.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
9.     {  
10.         a.push_back(i);  
11.         cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
12.     }  
13.     cout << endl;  
14.     vector<int> b;  
15.     b.reserve(10);  
16.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
17.     {  
18.         b.push_back(i);  
19.         cout << "b.size(): " << b.size() << "   b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
20.     }  
21.     b.push_back(11);  
22.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
23.     cout << endl;  
24.     return 0;  
25. }  

運行結果以下：

    能夠看到，在調用了reserve（10）進行預先內存分配以後，前10次push_back操做vector b 的capacity並無增加，可是在第11次push_back操做時，因爲當前b的size() > capacity()，因此vector自動進行了內存擴充，由10變爲15（1.5倍）。也就是說，前10次能避免每次都進行內存擴充，能有效提升效率，可是第11次就不會。但有一點要注意，若是在當前容量沒有用完的狀況下，再一次調用reserve(n)函數時，只有當n > 當前capacity()時，vector當前容量纔會改變。再對上述程序進行擴展，分別加上b.reserve(13)和reserve(20)，以下

1. #include <iostream>  
2. #include <vector>  
3. using namespace std;  
4. int main()  
5. {  
6.     vector<int> a;  
7.     cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
8.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
9.     {  
10.         a.push_back(i);  
11.         cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
12.     }  
13.     cout << endl;  
14.     vector<int> b;  
15.     b.reserve(10);  
16.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
17.     {  
18.         b.push_back(i);  
19.         cout << "b.size(): " << b.size() << "   b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
20.     }  
21.     b.push_back(11);  
22.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
23.     cout << endl;  
24.   
25.   
26.     b.reserve(13);  
27.     cout << "after b.reserve(13):" << endl;  
28.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
29.   
30.   
31. <span style="white-space:pre;"> </span>b.reserve(20);  
32.     cout << "after b.reserve(20):" << endl;  
33.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
34.     return 0;  
35. }  

運行結果爲：

 能夠看到，在加上b.reserve(13)，容器b的capacity並無由15變爲13，但加上 b.reserve(20)時卻變化了;這也驗證了上述結論。

   對於resize()成員函數只改變元素的數目，不改變vector的容量的說法能夠從下面的程序進行驗證：

1. #include <iostream>  
2. #include <vector>  
3. using namespace std;  
4. int main()  
5. {  
6.     vector<int> a;  
7.     cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
8.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
9.     {  
10.         a.push_back(i);  
11.         cout << "a.size(): " << a.size() << "   a.capacity(): " << a.capacity() << endl;  
12.     }  
13.     cout << endl;  
14.     vector<int> b;  
15.     b.reserve(10);  
16.     for (int i = 0; i < 10; i++)  
17.     {  
18.         b.push_back(i);  
19.         cout << "b.size(): " << b.size() << "   b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
20.     }  
21.     b.push_back(11);  
22.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
23.     cout << endl;  
24.   
25.     b.reserve(13);  
26.     cout << "after b.reserve(13):" << endl;  
27.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
28.   
29.     b.resize(5);  
30.     cout << "after b.resize(5):" << endl;  
31.     cout << "b.size(): " << b.size() << "       b.capacity(): " << b.capacity() << endl;  
32.   
33.     for (int i = 0; i < b.size(); i++)  
34.     {  
35.         cout << b[i] << endl;  
36.     }  
37.     return 0;  
38. }  

運行結果爲：

能夠看到，在加上resize(5)以後，容器的capacity()並無增加，只是size()變爲了5，並且經過打印vector元素可知，只截取了前五個元素。