詳解C++ STL中vector擴(kuò)容機(jī)制
vector是STL提供的動(dòng)態(tài)數(shù)組,它會(huì)在內(nèi)部空間不夠用時(shí)動(dòng)態(tài)的調(diào)整自身的大小,調(diào)整過程中會(huì)有大量的數(shù)據(jù)拷貝,為了減少數(shù)據(jù)拷貝的次數(shù)vector會(huì)在調(diào)整空間的時(shí)候盡量多申請(qǐng)一些空間,這些預(yù)留出的空間可以很大程度上減少拷貝的發(fā)生。
在windows環(huán)境中使用vs運(yùn)行這段代碼
#include<iostream> #include<vector> using namespace std; void fun(vector<int>&vec){ vec.push_back(1); cout<<&vec[0]<<vec.size()<<" "<<vec.capacity()<<endl; } int main(){ vector<int>vec; for(int i=0;i<10;i++) fun(); }
打印內(nèi)容依次為,首元素地址,已經(jīng)使用的空間,容器的容量
首先看push_back源碼,第一個(gè)拷貝版本,第二個(gè)移動(dòng)版本,需要注意的是這里第二個(gè)不是萬能引用而是右值引用,下面看emplace_back代碼
void push_back(const _Ty& _Val) { // insert element at end, provide strong guarantee emplace_back(_Val); } void push_back(_Ty&& _Val) { // insert by moving into element at end, provide strong guarantee emplace_back(_STD move(_Val)); }
emplace_back使用了可變參數(shù),并且對(duì)參數(shù)使用了萬能引用,從而使得可以在插入節(jié)點(diǎn)時(shí)調(diào)用對(duì)應(yīng)的構(gòu)造函數(shù),比如:vector<pair<int,int>>vec;vec.emplace_back(1,2);這么做可以很大程度上簡(jiǎn)化代碼的書寫,同時(shí)還可以減少一次移動(dòng)或是拷貝的過程,decltype(auto)這個(gè)沒什么說的根據(jù)返回值推導(dǎo)返回值類型。
回歸正題,執(zhí)行emplace_back的時(shí)候會(huì)判斷容量是否充足,size!=capacity的時(shí)候會(huì)直接加入元素,否則的話會(huì)調(diào)用_Emplace_reallocate函數(shù)進(jìn)行擴(kuò)容。
template <class... _Valty> decltype(auto) emplace_back(_Valty&&... _Val) { // insert by perfectly forwarding into element at end, provide strong guarantee auto& _My_data = _Mypair._Myval2; pointer& _Mylast = _My_data._Mylast; if (_Mylast != _My_data._Myend) { return _Emplace_back_with_unused_capacity(_STD forward<_Valty>(_Val)...); } _Ty& _Result = *_Emplace_reallocate(_Mylast, _STD forward<_Valty>(_Val)...); #if _HAS_CXX17 return _Result; #else // ^^^ _HAS_CXX17 ^^^ // vvv !_HAS_CXX17 vvv (void) _Result; #endif // _HAS_CXX17 }
下面看擴(kuò)容代碼,代碼有點(diǎn)長(zhǎng)我直接在代碼上加注釋了
template <class... _Valty> pointer _Emplace_reallocate(const pointer _Whereptr, _Valty&&... _Val) { // reallocate and insert by perfectly forwarding _Val at _Whereptr _Alty& _Al = _Getal(); auto& _My_data = _Mypair._Myval2;//使用的長(zhǎng)度 pointer& _Myfirst = _My_data._Myfirst;//容器開始的位置 pointer& _Mylast = _My_data._Mylast;//容器末尾 _STL_INTERNAL_CHECK(_Mylast == _My_data._Myend); // check that we have no unused capacity const auto _Whereoff = static_cast<size_type>(_Whereptr - _Myfirst);//插入元素的位置,這個(gè)函數(shù)insert也有在用,所以插入的位置不一定在尾部 const auto _Oldsize = static_cast<size_type>(_Mylast - _Myfirst);//容器大小 if (_Oldsize == max_size()) {//長(zhǎng)度超過數(shù)組的最大長(zhǎng)度時(shí)報(bào)錯(cuò) _Xlength(); } const size_type _Newsize = _Oldsize + 1; const size_type _Newcapacity = _Calculate_growth(_Newsize);//調(diào)用擴(kuò)容函數(shù) const pointer _Newvec = _Al.allocate(_Newcapacity);//申請(qǐng)新的空間 const pointer _Constructed_last = _Newvec + _Whereoff + 1;//計(jì)算新的末尾 pointer _Constructed_first = _Constructed_last; _TRY_BEGIN _Alty_traits::construct(_Al, _Unfancy(_Newvec + _Whereoff), _STD forward<_Valty>(_Val)...);//在新的空間添加新的元素 _Constructed_first = _Newvec + _Whereoff; //下面是根據(jù)插入元素的位置判斷如何拷貝 if (_Whereptr == _Mylast) { // at back, provide strong guarantee _Umove_if_noexcept(_Myfirst, _Mylast, _Newvec);//移動(dòng),不能移動(dòng)時(shí)拷貝 } else { // provide basic guarantee _Umove(_Myfirst, _Whereptr, _Newvec); _Constructed_first = _Newvec; _Umove(_Whereptr, _Mylast, _Newvec + _Whereoff + 1); } _CATCH_ALL//拷貝出現(xiàn)異常的時(shí)候釋放對(duì)應(yīng)的內(nèi)容 _Destroy(_Constructed_first, _Constructed_last); _Al.deallocate(_Newvec, _Newcapacity); _RERAISE; _CATCH_END _Change_array(_Newvec, _Newsize, _Newcapacity);//更新數(shù)組信息 return _Newvec + _Whereoff;//偏移到新元素的地址 }
下面看擴(kuò)展策略,傳入的_Newsize是_Oldsize + 1,_Max是容器最大容量一般是達(dá)不到的我試著輸出了一下我的環(huán)境下是4611686018427387903,可以看到正常情況下新的容量是以前的容量的1.5倍(不同編譯器的擴(kuò)容策略不一樣,g++中是2),當(dāng)新的容量還不夠的時(shí)候會(huì)轉(zhuǎn)而按需分配。
size_type _Calculate_growth(const size_type _Newsize) const { // given _Oldcapacity and _Newsize, calculate geometric growth const size_type _Oldcapacity = capacity(); const auto _Max = max_size(); if (_Oldcapacity > _Max - _Oldcapacity / 2) { return _Max; // geometric growth would overflow } const size_type _Geometric = _Oldcapacity + _Oldcapacity / 2; if (_Geometric < _Newsize) { return _Newsize; // geometric growth would be insufficient } return _Geometric; // geometric growth is sufficient }
需要注意的是resize申請(qǐng)機(jī)制是按需分配的,當(dāng)新的容量大于舊的時(shí)候會(huì)更新容量大小,當(dāng)新的大小大于舊的容量的時(shí)候只會(huì)刪除多余的元素而不會(huì)進(jìn)行拷貝,數(shù)組容量不變不會(huì)釋放數(shù)組空間但是多余的元素會(huì)被析構(gòu)掉,詳情運(yùn)行下面這段代碼。
#include<iostream> #include<vector> using namespace std; class A { public: A(){} int* a = new int(1); ~A() { cout << this << "析構(gòu)"<<endl; } }; void fun(vector<A>& vec) { vec.push_back(A()); cout << &vec[0] << " " << vec.size() << " " << vec.capacity() << endl; } int main() { vector<A>vec; for (int i = 0; i < 10; i++) fun(vec); vec.resize(5); cout << vec.capacity()<<endl; }
以上就是詳解C++ STL中vector擴(kuò)容機(jī)制的詳細(xì)內(nèi)容,更多關(guān)于C++ STL vector擴(kuò)容的資料請(qǐng)關(guān)注腳本之家其它相關(guān)文章!
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