C++ STL vector 内存分配

vector为了支持快速的随机访问，vector容器的元素以连续方式存放，每一个元素都紧挨着前一个元素存储。

当vector添加一个元素时，为了满足连续存放这个特性，都需要重新分配空间、拷贝元素、撤销旧空间，这样性能难以接受。因此STL实现者在对vector进行内存分配时，其实际分配的容量要比当前所需的空间多一些。就是说，vector容器预留了一些额外的存储区，用于存放新添加的元素，这样就不必为每个新元素重新分配整个容器的内存空间。

 

通过下面代码可以更清楚的看到vector在push_back、insert、reserve、resize时占用内存的变化。

#include<cstdio>
#include<iostream>
#include<vector>
#include<iterator>
using namespace std;

//打印vector元素
#define Display(v) copy(v.begin(), v.end(), ostream_iterator<int>(cout, " ")); cout<<endl;
/*
 * size()返回当前vector所容纳元素的数目
 * max_size()函数返回当前vector所能容纳元素数量的最大值(包括可重新分配内存)
 * capacity()函数返回当前vector在重新进行内存分配以前所能容纳的元素数量
 */
#define PrintSC(v) printf("size:%d\tcapacity:%d\t\n", v.size(), v.capacity());

int main(){
	int i;

	printf("%d\t%d\n", sizeof(int), sizeof(double)); //输出int和double的字节数
	//输出：4	8

	int data_int[5] = {1,2,3,4,5};
	double data_double[5] = {1.0,2.0,3.0,4.0,5.0};
	vector<int> v0, v1, v2; //空的vector
	vector<int> vi(data_int, data_int+5);
	vector<double> vd(data_double, data_double+5);

	cout<<v0.max_size()<<endl;
	//输出：1073741823
	//说明vector可分配的内存大小为 1073741823*4B 即为 4GB
	//max_size()源码为：size_type max_size() const { return static_cast<size_type>(-1) / sizeof(value_type); }

	vector<int>::iterator it0;
	for(i=0; i<5; i++){
		v0.push_back(i);
		PrintSC(v0);
		for(it0=v0.begin(); it0!=v0.end(); it0++)
			printf("%p ", it0);
		printf("\n");
	}
	//输出：	size:1	capacity:1
	//		00A72F00
	//		size:2	capacity:2
	//		00A72C38 00A72C3C
	//		size:3	capacity:4
	//		00A72F00 00A72F04 00A72F08
	//		size:4	capacity:4
	//		00A72F00 00A72F04 00A72F08 00A72F0C
	//		size:5	capacity:8
	//		00A72C38 00A72C3C 00A72C40 00A72C44 00A72C48
	//说明使用push_back时，当size>capacity时，vector分配空间是成倍增长的，
	//而且为了保证能有连续的内存空间，重分配空间可能造成元素存储位置改变


	vector<int>::iterator it1;
	v1.reserve(3);
	PrintSC(v1);
	for(i=0; i<5; i++){
		it1 = v1.begin(); //每次必须重新定位，因为有可能插入元素有可能造成重新分配内存空间，原指针作废
		v1.insert(it1, 1, i);
		PrintSC(v1);
		for(it1=v1.begin(); it1!=v1.end(); it1++)
			printf("%p ", it1);
		printf("\n");
	}
	//输出:	size:1	capacity:3
	//		00482F00
	//		size:2	capacity:3
	//		00482F00 00482F04
	//		size:3	capacity:3
	//		00482F00 00482F04 00482F08
	//		size:4	capacity:6
	//		00482C60 00482C64 00482C68 00482C6C
	//		size:5	capacity:6
	//		00482C60 00482C64 00482C68 00482C6C 00482C70
	//说明使用insert的时候与push_back分配内存类似，都是不足时以两倍原大小重分配，
	//如果使用了reserve，则会预留指定大小连续空间


	v1.resize(7, -1);
	PrintSC(v1);
	for(it1=v1.begin(); it1!=v1.end(); it1++)
		printf("%p ", it1);
	printf("\n");
	v1.resize(3, -1);
	PrintSC(v1);
	for(it1=v1.begin(); it1!=v1.end(); it1++)
		printf("%p ", it1);
	printf("\n");
	v1.resize(13, -1);
	PrintSC(v1);
	for(it1=v1.begin(); it1!=v1.end(); it1++)
		printf("%p ", it1);
	printf("\n");
	v1.resize(3, -1);
	PrintSC(v1);
	for(it1=v1.begin(); it1!=v1.end(); it1++)
		printf("%p ", it1);
	printf("\n");
	//输出：	size:7	capacity:10
	//		005A2C80 005A2C84 005A2C88 005A2C8C 005A2C90 005A2C94 005A2C98
	//		size:3	capacity:10
	//		005A2C80 005A2C84 005A2C88
	//		size:13	capacity:13
	//		005A2CB0 005A2CB4 005A2CB8 005A2CBC 005A2CC0 005A2CC4 005A2CC8 005A2CCC 005A2CD0 005A2CD4 005A2CD8 005A2CDC 005A2CE0
	//		size:3	capacity:13
	//		005A2CB0 005A2CB4 005A2CB8
	//说明使用resize的时候当new_size大于当前capacity的时候，会发生内存重分配。

	Display(v0);
	PrintSC(v0);
	v0.clear(); //删除当前vector中的所有元素
	Display(v0);
	PrintSC(v0);
	//输出：	0 1 2 3 4
	//		size:5	capacity:8
	//
	//		size:0	capacity:8
	//说明clear函数不能回收vector占用的内存空间

	return 0;
}

　　另外，resize的时候内存分配机制还有些疑问，参加这个讨论 http://bbs.csdn.net/topics/390739204