C++ STL vector扩容原理分析

扩容特点:

  1)新增元素:vector通过一个连续的数组存放元素,如果集合已满,在新增数据的时候,就要分配一块更大的内存,将原来的数据复制过来,释放之前的内存,在插入新增的元素;

  2)对vector的任何操作,一旦引起空间重新配置,指向原vector的所有迭代器就都失效了 ;

  3)初始时刻vector的capacity为0,插入第一个元素后capacity增加为1;

  4)不同的编译器实现的扩容方式不一样,VS2015中以1.5倍扩容,GCC以2倍扩容。

以成倍方式增长

  假定有 n 个元素,倍增因子为 m;

  

  完成这 n 个元素往一个 vector 中的 push_back​操作,需要重新分配内存的次数大约为 logm(n);

  第 i 次重新分配将会导致复制 m^(i) (也就是当前的vector.size() 大小)个旧空间中元素;

  n 次 push_back 操作所花费的时间复制度为O(n):

  m / (m - 1),这是一个常量,均摊分析的方法可知,vector 中 push_back 操作的时间复杂度为常量时间。

一次增加固定值大小

  假定有 n 个元素,每次增加k个;

  

  第i次增加复制的数量为为:100i

  n 次 push_back 操作所花费的时间复杂度为O(n^2):

  均摊下来每次push_back 操作的时间复杂度为O(n)。

  总结:对比可以发现采用采用成倍方式扩容,可以保证常数的时间复杂度,而增加指定大小的容量只能达到O(n)的时间复杂度,因此,使用成倍的方式扩容。

增长因子的选取:

  根据查阅的资料显示,考虑可能产生的堆空间浪费,成倍增长倍数不能太大,使用较为广泛的扩容方式有两种,以2二倍的方式扩容,或者以1.5倍的方式扩容。

  以2倍的方式扩容,导致下一次申请的内存必然大于之前分配内存的总和,导致之前分配的内存不能再被使用,所以最好倍增长因子设置为(1,2)之间。

  借用一张图来说明2倍与1.5倍的区别:

  

总结

  1)vector在push_back以成倍增长可以在均摊后达到O(1)的事件复杂度,相对于增长指定大小的O(n)时间复杂度更好。

  2)为了防止申请内存的浪费,现在使用较多的有2倍与1.5倍的增长方式,而1.5倍的增长方式可以更好的实现对内存的重复利用,因而更好。

posted @ 2021-09-10 21:05  Jcpeng_std  阅读(1234)  评论(0编辑  收藏  举报