Effective STL 12 STL 使用reserve来避免不必要的重新分配

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时间：2013年10月18日

作者：常保龙

地点：核所C105

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        关于STL容器，最神奇的事情之一是只要不超过它们的最大大小，它们就可以自动增长到足以容纳你放进去的数据。（要知道这个最大值，只要调用名叫max_size的成员函数。）对于vector和string，只要需要更多空间，就以realloc等价的思想来增长。这个类似于realloc的操作有四个部分：
        1、分配新的内存块，它有容器目前容量的几倍。在大部分实现中，vector和string的容量每次以2为因数增长。也就是说，当容器必须扩展时，它们的容量每次翻倍。 
        2、把所有元素从容器的旧内存拷贝到它的新内存。 
        3、销毁旧内存中的对象。 
        4、回收旧内存。 
        给了所有的分配，回收，拷贝和析构，你就应该知道那些步骤都很昂贵。当然，你不会想要比必须的更为频繁地执行它们。如果这没有给你打击，那么也许当你想到每次这些步骤发生时，所有指向vector或string中的迭代器、指针和引用都会失效时，它会给你打击的。这意味着简单地把一个元素插入vector或string的动作也可能因为需要更新其他使用了指向vector或string中的迭代器、指针或引用的数据结构而膨胀。

        reserve成员函数允许你最小化必须进行的重新分配的次数，因而可以避免真分配的开销和迭代器/指针/引用失效。但在我解释reserve为什么可以那么做之前，让我简要介绍有时候令人困惑的四个相关成员函数。在标准容器中，只有vector和string提供了所有这些函数。
        size()告诉你容器中有多少元素。它没有告诉你容器为它容纳的元素分配了多少内存。 
        capacity()告诉你容器在它已经分配的内存中可以容纳多少元素。那是容器在那块内存中总共可以容纳多少元素，而不是还可以容纳多少元素。如果你想知道一个vector或string中有多少没有被占用的内存，你必须从capacity()中减去size()。如果size和capacity返回同样的值，容器中就没有剩余空间了，而下一次插入（通过insert或push_back等）会引发上面的重新分配步骤。 
        resize(Container::size_type n)强制把容器改为容纳n个元素。调用resize之后，size将会返回n。如果n小于当前大小，容器尾部的元素会被销毁。如果n大于当前大小，新默认构造的元素会添加到容器尾部。如果n大于当前容量，在元素加入之前会发生重新分配。 
        reserve(Container::size_type n)强制容器把它的容量改为至少n，提供的n不小于当前大小。这一般强迫进行一次重新分配，因为容量需要增加。（如果n小于当前容量，vector忽略它，这个调用什么都不做，string可能把它的容量减少为size()和n中大的数，但string的大小没有改变。在我的经验中，使用reserve来从一个string中修整多余容量一般不如使用“交换技巧”。