C++中的vector原理分析
2023-07-02 06:33:15
深夜i
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C++
vector
原理
分析
C++中的vector是一种动态数组，其大小能够随时变化而不需要手动调整。它平衡了数组和链表的优缺点，支持随机访问和插入/删除操作，比数组更灵活而比链表更高效。下面将对C++中的vector原理进行分析。
内部实现
在C++中，vector是由数组实现的。vector是一个模板类，因此可以定义任何类型的vector。其内部实现包括三个部分：指向存储元素的指针、当前元素个数和可分配的内存空间大小。
当vector对象创建时，会为其分配一块内存空间，其大小可根据初始化参数设置。该内存空间用于容纳元素。vector在添加元素时，会首先检查内存空间是否充足，若不够则会重新分配一个更大的内存空间，并将原有元素拷贝进这一块新的内存空间中。这也是重新分配内存空间的原因。
然而，vector并不是每次都会分配新的内存空间，而是会先多分配一些内存，以避免频繁的内存分配和拷贝。这个多分配的大小通常称为vector的“容量”。在添加元素时，若当前元素个数已经达到了容量上限，vector会重新分配一块更大的内存空间，并将元素拷贝进这个新的内存空间中，并释放旧的内存空间。
vector的插入与删除操作
在vector中，插入与删除操作可能导致内存重新分配和元素的复制等问题，因此需要进行一些特殊处理。在向vector中插入元素时，vector会判断当前容量是否足够，若容量不足则进行一次内存重新分配。在元素插入后，vector并不会对元素进行重新排序，因此插入元素的效率较高。
在删除元素时，vector会将待删除元素之后的所有元素依次向前移动一个位置，以保证删除一个元素后，vector内部的元素仍紧密相连，不会出现空洞。为了避免大量数据移动，通常建议使用vector的迭代器进行删除操作。
优点与缺点
与其他容器相比，vector具有以下优点：
1. 支持随机访问：vector可以像数组一样进行访问，因此可以快速地查找某个元素。
2. 内存分配延迟：vector会将元素分配在连续的内存空间内，且会在需要时才进行内存分配操作，因此即使存储大量数据，也不会导致内存浪费。
3. 元素排序不受限制：vector并不对元素进行重新排序，因此插入元素的速度较快。
与之相应的，vector也有一些缺点：
1. 容量分配可能导致内存重新分配：由于vector的内存问题，容量的分配可能会导致内存重新分配或拷贝操作，从而影响性能。
2. 遍历操作可能会出现性能问题：与链表相比，在vector中遍历元素需要通过指针进行访问。
结论
vector的动态性和高效性使其成为开发人员经常使用的动态数组，可以在许多应用程序中发挥作用。虽然vector的内存分配和元素移动可能会影响性能，但它的优点仍能帮助程序员轻松实现许多应用程序。在编写应用程序时，开发人员应权衡vector的优点和缺点，选择最合适的容器类型。
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