C++ 浅谈之 STL Vector

HELLO，各位博友好，我是阿呆 🙈🙈🙈

这里是 C++ 浅谈系列，收录在专栏 C++ 语言中 😜😜😜

本系列阿呆将记录一些 C++ 语言重要的语法特性 🏃🏃🏃

OK，兄弟们，废话不多直接开冲 🌞🌞🌞

一 🏠 概述

简单介绍

vector 与 array 相似，区别在于：array是静态空间，vector 可动态扩容

vector<typeName> vt(n_elem);    //vector 可用变量初始化, 会自动扩容
array<typeName, n_elem> arr;    //array n_elem 由常量指定, 不会扩容

迭代器

vector 支持随机存取，其迭代器就是普通指针 👊👊👊

template<class T, class Alloc = alloc>
class vector {
public:
    typedef T value_type;
    typedef value_type* iterator;   //vector的迭代器是普通指针
    ......
}

数据结构

vecotr 所维护线性连续空间， start，finish 标识连续空间被使用范围，end_of_storage 指向连续空间末尾 👦👦👦

template<class T, class Alloc = alloc>
class vector {
......
protected:
    iterator start;             //已使用空间的头
    iterator finish;            //已使用空间的尾
    iterator end_of_storage;    //可用空间的尾
......
}

vector<int> iv(2,9);
iv.push_back(1);
iv.push_back(2);
iv.push_back(3);
iv.push_back(4);

经如上操作，vector 内存及各成员如下图状态 👇👇👇

$[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-OhXiEfwM-1675942285660)(E:\2022年MD文档\2023 年 MD文档\二月\浅谈系列\C++ 浅谈之 STL Vector 底层实现.assets\1675860481321.png)]$

的唯一差别在于空间运用的灵活性：array是静态空间，一旦配置就不能改变；vector是动态空间，随着元素的加入，他的内部机制会自动扩充空间以容纳新的元素。vector的实现技术，关键在于对其大小的控制以及重新配置时的数据移动效率 ✌✌✌

二 🏠 核心

动态扩容

当 vector 大小和容量相等（size==capacity）时，再添加元素，就会扩容

1、弃用现用内存空间，申请更大内存空间

2、将原内存空间数据，按原次序移动到新内存空间

3、旧内存空间释放

4、指向新内存空间

SGI-STL 扩容机制，伪代码如下 👇👇👇

// SGI-STL扩容机制
void reserve(size_type n) {
    // 当n大于当前vector的容量时才会扩容，小于等于当前容量则忽略本次操作
    if (capacity() < n) {
        const size_type old_size = size();

        // 使用空间配置器开辟n个新空间，并将旧空间元素拷贝到新空间
        iterator tmp = allocate_and_copy(n, start, finish);

        // 释放旧空间
        // a. 先调用析构函数, 将[start, finish)区间总所有的对象析构完整
        destroy(start, finish);

        // b. 将空间规划给空间配置器
        deallocate();

        // 3. 接收新空间并更新其成员
        start = tmp;
        finish = tmp + old_size;
        end_of_storage = start + n;
    }
}

小优化：reserve 预分配空间，避免频繁动态扩容 👨‍🚀👨‍🚀👨‍🚀