std::vector 中如何管理动态内存？答案

【问题标题】：How is dynamic memory managed in std::vector?std::vector 中如何管理动态内存？
【发布时间】：2010-10-14 21:56:43
【问题描述】：

std::vector如何实现对元素数量变化的管理：是使用realloc()函数，还是使用链表？

谢谢。

【问题讨论】：

标签： c++ memory-management stl vector

【解决方案1】：

它使用分配给它的分配器作为第二个模板参数。那就这样吧。假设在push_back中，设t为要推送的对象：

...
if(_size == _capacity) { // size is never greater than capacity
    // reallocate
    T * _begin1 = alloc.allocate(_capacity * 2, 0);
    size_type _capacity1 = _capacity * 2;

    // copy construct items (copy over from old location).
    for(size_type i=0; i<_size; i++)
        alloc.construct(_begin1 + i, *(_begin + i));
    alloc.construct(_begin1 + _size, t);

    // destruct old ones. dtors are not allowed to throw here. 
    // if they do, behavior is undefined (17.4.3.6/2)
    for(size_type i=0;i<_size; i++)
        alloc.destroy(_begin + i);
    alloc.deallocate(_begin, _capacity);

    // set new stuff, after everything worked out nicely
    _begin = _begin1;
    _capacity = _capacity1;
} else { // size less than capacity
    // tell the allocator to allocate an object at the right
    // memory place previously allocated
    alloc.construct(_begin + _size, t);
}
_size++; // now, we have one more item in us
...

类似的东西。分配器将关心分配内存。它将分配内存和将对象构造到该内存中的步骤分开，因此它可以预分配内存，但还不能调用构造函数。在重新分配期间，向量必须注意复制构造函数抛出的异常，这使事情变得有些复杂。以上只是一些伪代码 sn-p - 不是真正的代码，可能包含许多错误。如果大小超过容量，它会要求分配器分配一个新的更大的内存块，如果没有，那么它只是在先前分配的空间上构造。

它的确切语义取决于分配器。如果是标准分配器，构造会做

new ((void*)(_start + n)) T(t); // known as "placement new"

而分配allocate 只会从::operator new 获得内存。 destroy 会调用析构函数

(_start + n)->~T();

所有在分配器后面抽象出来的东西，向量只使用它。堆栈或池分配器的工作方式可能完全不同。关于vector的一些关键点很重要

调用reserve(N) 后，您最多可以将N 个项目插入到您的向量中，而不会冒重新分配的风险。在那之前，只要size() <= capacity()，对其元素的引用和迭代器仍然有效。
Vector 的存储是连续的。您可以将 &v[0] 视为一个缓冲区，其中包含您当前在向量中拥有的尽可能多的元素。

【讨论】：

【解决方案2】：

std::vector 将数据存储在连续的内存块中。

假设我们将一个向量声明为

std::vector intvect;

所以最初将创建 x 个元素的内存。这里 x 取决于实现。

如果用户插入的元素超过 x 个，则将创建一个包含 2x（两倍大小）元素的新内存块，并将初始向量复制到该内存块中。

这就是为什么总是建议通过调用reserve来为vector预留内存功能。

intvect.reserve(100);

以免删除和复制矢量数据。

【讨论】：

【解决方案3】：

向量的硬性规则之一是数据将存储在一个连续的内存块中。

这样你就知道理论上你可以做到这一点：

const Widget* pWidgetArrayBegin = &(vecWidget[0]);

然后您可以将 pWidgetArrayBegin 传递给需要数组作为参数的函数。

唯一的例外是 std::vector 特化。它实际上根本不是布尔值，但那是另一回事了。

所以 std::vector 会重新分配内存，不会使用链表。

这意味着您可以通过以下方式射中自己的脚：

Widget* pInteresting = &(vecWidget.back());
vecWidget.push_back(anotherWidget);

众所周知，push_back 调用可能导致向量将其内容转移到一个全新的内存块，从而使 pInteresting 无效。

【讨论】：

【解决方案4】：

std::vector 管理的内存保证是连续的，因此您可以将&vec[0] 视为指向动态数组开头的指针。

鉴于此，它实际管理其重新分配的方式是特定于实现的。

【讨论】：