容器（vector）、数组、new创建的动态数组，你到底用哪一个（执行效率分析）

1.问题的提出

        在没有了解vector之前，动态数组一般都是又new创建的。在了解vector后发现vector竟是那样方便好用，但方便的同时却是以牺牲执行效率为代价的。网上对vector和array的评价和吐槽，也是喜忧参半，各有不同啊。在面临选择的时候，我们到底用哪一种呢，我们可能都犹豫过？下面对该问题进行理论分析和实际测试验证。

2.理论分析

 

2.1预备知识-程序的内存分配

       一个由C/C++编译的程序占用的内存分为以下几个部分
       1、栈区（stack）— 由编译器自动分配释放 ，存放函数的参数值，局部变量的值等。是一种线性结构，其操作方式类似于数据结构中的栈，操作速度较快。但程序员是无法控制。
       2 、堆区（heap） — 一般由程序员分配释放， 若程序员不释放，程序结束时可能由OS回收 。注意它与数据结构中的堆是两回事，是一种链式结构，分配方式倒是类似于链表，一般速度比较慢，而且容易产生内存碎片,不过用起来最方便。
        3、全局区（静态区）（static）—，全局变量和静态变量的存储是放在一块的，初始化的全局变量和静态变量在一块区域， 未初始化的全局变量和未初始化的静态变量在相邻的另一块区域。 - 程序结束后有系统释放 
        4、文字常量区—常量字符串就是放在这里的。 程序结束后由系统释放
        5、程序代码区—存放函数体的二进制代码。

        其中栈和堆构成了动态数据区：

├———————┤低端内存区域 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ 动态数据区 │ 
├———————┤ 
│ …… │ 
├———————┤ 
│ 代码区 │ 
├———————┤ 
│ 静态数据区 │ 
├———————┤ 
│ …… │ 
├———————┤高端内存区域 

       以上堆和栈的分析参考博客1，关于堆和栈的区别与联系更详细的分析，请点击博客1

2.2数组、动态数组和vector的讨论如下：

       回到本文的主题，数组是底层数据类型，存放在栈中，其内存的分配和释放完全由系统自动完成，效率最高；动态数组是程序员由new运算符创建的，存放在堆中，需由delete运算符人工释放，否则会内存泄露；vector，存放在堆中，由STL库中程序负责内存的分配和释放，使用方便。

        关于vector的分析，参考STL源码剖析（P119-vector的内存管理）和C++primer（第四版9.4vector容器的自增长），vector的构造和内存管理如图1所示。如果容器中已经没有空间容纳新的元素，此时，由于元素必须连续存储以便索引访问，所以不能在内存中随便找个地方存储这个新元素。于是，vector 必须重新分配存储空间，用来存放原来的元素以及新添加的元素：存放在旧存储空间中的元素被复制到新存储空间里，接着插入新元素，最后撤销旧的存储空间。这是vector效率低的主要原因。

        注意所谓的动态自增加，并不是在原空间之后接续新空间（因为无法保证原空间之后尚有可供配置的空间），而是以原大小的两倍另外配置一块大空间，然后将原内容拷贝过来，然后才开始在原内容之后构造新元素，并释放原空间。因此，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。注意size和capacity的区别，size指容器当前拥有的元素个数，capacity指容器在必须分配新存储空间之前可以存储的元素总数，capacity总是大于或等于size的。

                                                  图1（来自STL源码剖析，图4-2）

3.数组、动态数组、vector的测试

       对vector、预先reverse的vector、数组、new创建的动态数组测试代码如下：

       vector的测试代码：

DWORD start=GetTickCount();int t=100;int n=200000;while (t){vector<int> a,b;for (int i=0;i<n;i++)a.push_back(i);t--;}cout<<"Runing time of program:"<<GetTickCount()-start<<endl;

        预先reverse的vector的测试代码：

 start=GetTickCount(); t=100; n=200000; while (t) { vector<int> a,b; b.reserve(n+1); for (int i=0;i<n;i++) b.push_back(i); t--; } cout<<"Runing time of program:"<<GetTickCount()-start<<endl;

        数组的测试代码：

 start=GetTickCount(); t=100; n=200000; while (t) { int  a[200000]; for (int i=0;i<n;i++)a[i]=i; t--; } cout<<"Runing time of program:"<<GetTickCount()-start<<endl;

         new创建的动态数组：

 start=GetTickCount(); t=100; n=200000; while (t) { int  *p=new int[n+1]; for (int i=0;i<n;i++) p[i]=i; delete []p;     t--; } cout<<"Runing time of program:"<<GetTickCount()-start<<endl;

       运行结果为：

       运行结果从上到下依次为，vector，预先reverse的vector、数组和动态数组的以上代码的执行时间（单位ms），从中可以看出，数组的执行效率是vector的10倍左右。执行效率不在同一个数量级，虽然容器操作简单方便。其效率排序依次是数组>动态数组>预先reverse的vector>vector。总之，数组和容器各有千秋，若硬件速度够快，对时间要求不那么高，用容器方便，也未尝不可。关键看你，看中什么，是效率还是方便。