
vector扩容是C++中动态数组自动管理内存的核心机制。当元素数量超过当前容量时,vector会重新分配更大的内存空间,并将原有数据迁移过去。这个过程对程序员透明,但理解其底层机制有助于写出更高效的代码。
vector使用连续的内存块存储元素,内部维护三个指针或变量:
容量(capacity)即为从start到end_of_storage的空间大小,而大小(size)是从start到finish的空间大小。
当插入新元素且size等于capacity时,触发扩容。此时vector会:
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不同STL实现采用不同的扩容倍数。常见策略是按比例增长,典型值为1.5倍或2倍。
以GCC的libstdc++为例,扩容后的新容量通常是当前容量的2倍。例如:
这种指数式增长保证了均摊时间复杂度为O(1)的插入操作。虽然单次扩容代价高,但频繁重新分配的次数被大幅降低。
手动调用reserve()可预分配内存,避免多次扩容:
vec.reserve(1000); // 预先分配至少容纳1000个元素的空间调用resize()改变的是size而非capacity,但如果新size大于当前capacity,也会触发扩容。
使用shrink_to_fit()(C++11起)可请求释放多余内存,但具体是否释放由实现决定。
C++11引入移动构造后,扩容时若元素类型支持移动,会优先使用移动而非拷贝,显著提升性能。
如果移动构造可能抛出异常,STL会退回到使用拷贝构造以保证强异常安全。因此建议为自定义类型提供noexcept的移动操作。
基本上就这些。掌握vector的扩容机制,能帮助你合理预估内存使用、减少不必要的重新分配,写出更稳定高效的C++程序。
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