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一些好的公司校园招聘过程中（包括笔试、面试环节），经常会涉及到STL中vector的使用（主要是笔试）及其性能（面试）的分析。今天看了下相关文章，也写了几个小的测试程序跑了跑。算是总结下，希望对需要的人有帮助。

关于vector，简单地讲就是一个动态数组，里面有一个指针指向一片连续的内存空间，当空间不够装下数据时会自动申请另一片更大的空间，然后把原有数据拷贝过去，接着释放原来的那片空间；当释放或者说是删除里面的数据时，其存储空间并不会释放，仅仅只是清空了里面的数据。接下来，我会详细地说说这些。

备注：本文的相关程序都是在windows 7+VS2008环境下测试。

一、首先，看看vector的内存分配机制：

 

1. vector<int> arr;

2. ofstream wf("1.txt");

3. for(int i=0;i<100;++i)

4. {

5. arr.push_back(i);

6. wf<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<end;

7. }

8. wf.close();

capacity()返回的是当前vector对象缓冲区（后面的对vector维护的内存空间皆称为缓冲区）实际申请的空间大小，而size()返回的是当前对象缓冲区中存储数据的个数，capacity永远是大于等于size的，当size和capacity相等时继续添加数据时vector会扩容。

 

再来看看1.txt中的数据：

capacity=1,size=1

capacity=2,size=2 capacity=3,size=3 capacity=4,size=4 capacity=6,size=5 capacity=6,size=6 capacity=9,size=7 capacity=9,size=8 capacity=9,size=9 capacity=13,size=10 capacity=13,size=11 capacity=13,size=12 capacity=13,size=13 capacity=19,size=14 capacity=19,size=15 capacity=19,size=16 capacity=19,size=17 capacity=19,size=18 capacity=19,size=19 capacity=28,size=20 capacity=28,size=21 capacity=28,size=22 capacity=28,size=23 capacity=28,size=24 capacity=28,size=25 capacity=28,size=26 capacity=28,size=27 capacity=28,size=28 capacity=42,size=29 capacity=42,size=30 capacity=42,size=31 capacity=42,size=32 capacity=42,size=33 capacity=42,size=34 capacity=42,size=35 capacity=42,size=36 capacity=42,size=37 capacity=42,size=38 capacity=42,size=39 capacity=42,size=40 capacity=42,size=41 capacity=42,size=42 capacity=63,size=43 capacity=63,size=44 capacity=63,size=45 capacity=63,size=46 capacity=63,size=47 capacity=63,size=48 capacity=63,size=49 capacity=63,size=50 capacity=63,size=51 capacity=63,size=52 capacity=63,size=53 capacity=63,size=54 capacity=63,size=55 capacity=63,size=56 capacity=63,size=57 capacity=63,size=58 capacity=63,size=59 capacity=63,size=60 capacity=63,size=61 capacity=63,size=62 capacity=63,size=63 capacity=94,size=64 capacity=94,size=65 capacity=94,size=66 capacity=94,size=67 capacity=94,size=68 capacity=94,size=69 capacity=94,size=70 capacity=94,size=71 capacity=94,size=72 capacity=94,size=73 capacity=94,size=74 capacity=94,size=75 capacity=94,size=76 capacity=94,size=77 capacity=94,size=78 capacity=94,size=79 capacity=94,size=80 capacity=94,size=81 capacity=94,size=82 capacity=94,size=83 capacity=94,size=84 capacity=94,size=85 capacity=94,size=86 capacity=94,size=87 capacity=94,size=88 capacity=94,size=89 capacity=94,size=90 capacity=94,size=91 capacity=94,size=92 capacity=94,size=93 capacity=94,size=94 capacity=141,size=95 capacity=141,size=96 capacity=141,size=97 capacity=141,size=98 capacity=141,size=99 capacity=141,size=100

数据有点多，提炼下就是这样的：

capacity=1

capacity=2 capacity=3 capacity=4 capacity=6 capacity=9 capacity=13 capacity=19 capacity=28 capacity=42 capacity=63 capacity=94 capacity=141

看出其中的规律没？对，就是每次扩容都是增加当前空间的50%(第一次除外);

9+9/2=13;13+13/2=19;19+19/2=28……

其实STL的源码我们都可以看到的，具体就在你说安装的编译器目录下，例如，我的VS2008是在：安装目录\VC\include下面。你也可以在VS中直接选中#include <vector>右键打开。当然了，windows上的STL源码都是P.J. Plauger写的（PS:很牛B的博士，百度你就知道），大家都说可读性极差，我也这么认为，我们这些菜鸟还是看GCC中的STL源码吧。

\VC\include\vector中是这样扩容的：

 

1. if (_Count == 0)//这里进行了判断，但是什么都不做，不知道为什么？？？？？？？

2. ;

3. else if (max_size() - size() < _Count)//编译器可以申请的最大容量也装不下，抛出异常_THROW(length_error, "vector<T> too long");

4. _Xlen(); // result too long

5. else if (_Capacity < size() + _Count)//当前空间不足，需要扩容

6. { // not enough room, reallocate

7. _Capacity = max_size() - _Capacity / 2 < _Capacity

8. ? 0 : _Capacity + _Capacity / 2; // try to grow by 50%，扩容50%

9. if (_Capacity < size() + _Count)//扩容50%后依然不够容下，则使容量等于当前数据个数加上新增数据个数

10. _Capacity = size() + _Count;

11. pointer _Newvec = this->_Alval.allocate(_Capacity);//申请新的空间

12. pointer _Ptr = _Newvec;

13.  

14. _TRY_BEGIN

15. _Ptr = _Umove(_Myfirst, _VEC_ITER_BASE(_Where),

16. _Newvec); // copy prefix <span style="white-space:pre"> </span>//拷贝原有数据到新的内存中

17. _Ptr = _Ucopy(_First, _Last, _Ptr); // add new stuff<span style="white-space:pre"> </span>//拷贝新增数据到新的内存的后面

18. _Umove(_VEC_ITER_BASE(_Where), _Mylast, _Ptr); // copy suffix

19. _CATCH_ALL

20. _Destroy(_Newvec, _Ptr);

21. this->_Alval.deallocate(_Newvec, _Capacity);//释放原来申请的内存

22. _RERAISE;

23. _CATCH_END

对的，就是每次扩容50%。至于删除容器中数据的时候，缓冲区大小并不会改变，仅仅只是清楚了其中的数据，只有在析构函数调用的时候vector才会自动释放缓冲区。

 

看看它的析构代码：

 

1. ~vector()

2. { // destroy the object

3. _Tidy();

4. }

1. void _Tidy()

2. {// free all storage

3. if (_Myfirst != 0)

4. {// something to free, destroy and deallocate it

5.  
6.  

7.  #if _HAS_ITERATOR_DEBUGGING

8. this->_Orphan_all();

9.  #endif /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */

10.  
11.  

12. _Destroy(_Myfirst, _Mylast);//应该是销毁vector中的每一个元素吧

13. this->_Alval.deallocate(_Myfirst, _Myend - _Myfirst);//释放缓冲区的空间

14. }

15. _Myfirst = 0, _Mylast = 0, _Myend = 0;//指针全部归零

16. }

那么，我们可以在需要的时候强制释放缓冲区不？

 

 

二、如何强制释放vector的缓冲区:

答案是可以的，既然析构时会释放空间，那么我们就可以换个方式调用析构函数。

 

// 	//方法一、

1. vector<int>().swap(arr); //交换后

2. //方法二、

3. {

4. vector<int> temp;//临时对象未初始化，其缓冲区大小为0，没有数据

5. arr.swap(temp);//与我们的对象交换数据，arr的缓冲区就没了。

6. }//临时变量会被析构，temp调用vector析构函数释放空间

 三、如何使用提高性能：

 

为了比较，我们用了三种方式来把100个数据存入vector中，分别是：1、直接每次push_back();2、使用resize()提前分配100个空间，然后push_back;3、使用reserve提前分配100个存储空间。MSDN中，这两个个函数的说明分别是：

reserve Reserves a minimum length of storage for a vector object, allocating space if necessary.

resize Specifies a new size for a vector.

在这里我们初始化的时候使用感觉好像是差不多。

 

1. clock_t start=clock();

2. for(int num=0;num<10000;++num)

3. {

4. vector<int> v1;

5. for(int i=0;i<100;++i)

6. v1.push_back(i);

7. }

8. cout<<"直接push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

9. start=clock();

10. for(int num=0;num<10000;++num)

11. {

12. vector<int> v2;

13. v2.resize(100);

14. for(int i=0;i<100;++i)

15. v2.push_back(i);

16. }

17. cout<<"先resize预设大小再push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

18. start=clock();

19. for(int num=0;num<10000;++num)

20. {

21. vector<int> v3;

22. v3.reserve(100);

23. for(int i=0;i<100;++i)

24. v3.push_back(i);

25. }

26. cout<<"先reserve预设大小再push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

结果却不尽相同

 

reserve只是保持一个最小的空间大小，而resize则是对缓冲区进行重新分配，里面涉及到的判断和内存处理比较多，当然了在这里由于最初都是空的所以差别不大。

两者的区别查看：。

由此可见，对于数据数目可以确定的时候，先预设空间大小是很有必要的。直接push_back数据频繁移动很是耗时（当然了，数据小的可以忽略的）。

 

真个测试程序的完整代码如下

 

1. #include "stdafx.h"

2. #include "btree.h"

3. #include <vector>

4. #include <iostream>

5. #include <Windows.h>

6. #include <fstream>

7. #include <time.h>

8. using std::ofstream;

9. using std::cout;

10. using std::endl;

11. using std::vector;

12. int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])

13. {

14. /************************************************************************/

15. /* vector如何强制释放内存空间 */

16. /* 默认只有析构时才会释放 */

17. /************************************************************************/

18. vector<int> arr;

19. cout<<"默认情况未初始化时，capacity="<<arr.capacity()<<endl;

20. arr.resize(100,100);

21. arr.reserve(50);

22. arr.resize(50);

23. cout<<"现在，capacity="<<arr.capacity()<<endl;

24. vector<int>::iterator itor=arr.begin()+10;

25. arr.erase(arr.begin(),itor);

26. cout<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<endl;

27. // //方法一、

28. vector<int>().swap(arr); //强制释放空间

29. //方法二、

30. {

31. vector<int> temp;

32. arr.swap(temp);

33. }//临时变量会被析构

34. cout<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<endl;

35. clock_t start=clock();

36. for(int num=0;num<10000;++num)

37. {

38. vector<int> v1;

39. for(int i=0;i<100;++i)

40. v1.push_back(i);

41. }

42. cout<<"直接push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

43. start=clock();

44. for(int num=0;num<10000;++num)

45. {

46. vector<int> v2;

47. v2.resize(100);

48. for(int i=0;i<100;++i)

49. v2[i] = i;

50. }

51. cout<<"先resize预设大小再push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

52. start=clock();

53. for(int num=0;num<10000;++num)

54. {

55. vector<int> v3;

56. v3.reserve(100);

57. for(int i=0;i<100;++i)

58. v3.push_back(i);

59. }

60. cout<<"先reserve预设大小再push循环10000次用时："<<clock()-start<<endl;

61. vector<int> v4;

62. ofstream wf("2.txt");

63. int nFlag=v4.capacity();

64. for(int i=0;i<100;++i)

65. {

66. v4.push_back(i);

67. if(nFlag!=v4.capacity())

68. {

69. nFlag=v4.capacity();

70. cout<<"new buffer size="<<nFlag<<endl;

71. wf<<"capacity="<<nFlag<<endl;

72. }

73. }

74. wf.close();

75. cout<<"max_size="<<arr.max_size()<<endl;

76. return 0;

77. }

参考了一些前辈的文章，能力有限，欢迎指教，相互学习。

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