C++：vector的内部行为

C++中的vector是一个非常灵活的数组，它可以自动扩充大小来容纳新的元素，也可以快速地索引存储的元素，然而，这种使用上的便捷也是有代价的，因为vector的底层数据结构确实是一个数组，只是封装了一些便利的操作，像push_back()、reserve()等，下面我们就通过例子来看一下这些简便操作背后的行为，为了说明问题，我们定义了一个类，并在其构造函数中输出一些信息，类定义如下：

class A {static int i;public:int id;A() { id = i++;cout<<"A: constructor"<<endl;}A(const A&) {id = i++;cout<<"A: copy constructor"<<endl;}~A() { cout<<"A: destructor"<<endl; }};int A::i = 0;

这个类有一个默认构造函数、一个拷贝构造函数和一个析构函数，同时我们试图给A的每个对象一个id，首先来看一下vector的最简单用法：定义一个vector：

vector<A> v1(2);cout<<"id of the 1st element: "<<v1[0].id<<endl;cout<<"id of the 1nd element: "<<v1[1].id<<endl;

定义v1的时候我们默认它将保存两个对象，程序的输出结果如下：

A: constructor
A: copy constructor
A: copy constructor
A: destructor
id of the 1st element: 1
id of the 2nd element: 2
A: destructor
A: destructor

可以看到，在定义v1的时候，总共调用了1次默认构造函数和2次拷贝构造函数，定义过后，v1中便已经存储了2个对象，且它们的id分别为1、2，这说明v1中的2个对象是通过拷贝构造函数得到的，那么拷贝的是谁呢？当然就是调用默认构造函数生成的那个临时对象，这个临时对象在定义完v1后就被析构了，所以在输出id之前会先打印一个析构函数被调用的消息。接下来换一种定义方式：

vector<A> v1;v1.reserve(2);cout<<"id of the 1st element: "<<v1[0].id<<endl;cout<<"id of the 1nd element: "<<v1[1].id<<endl;

这里通过reserve来为v1保留两个对象的存储空间，输出结果如下：

id of the 1st element: 0
id of the 2nd element: 0

可以看到，在这种情况下，v1中不会自动构造并保存2个对象，但是我们还能侥幸地对这两个对象进行操作，尽管这两个操作是毫无意义的。接下来看看reserve()是怎么预留存储空间的：

vector<A> v1(2);v1.reserve(3);

输出结果如下：

#1  A: constructor
#2  A: copy constructor
#3  A: copy constructor
#4  A: destructor
#5  A: copy constructor
#6  A: copy constructor
#7  A: destructor
#8  A: destructor
#9  A: destructor
#10  A: destructor

大家可以数数共调用了几次构造函数，前三次构造函数在我们的预期之中，但是随着reserve的调用，我们又调用了两次拷贝构造函数，这是因为reserve为我们弄了个更大的数组，并试图把原数组里面的东西放到新数组里，之后便会删掉原来的数组，这一点也可以从#7、#8两行的析构函数可以看出来（析构掉了原数组里的两个对象），所以改变v1的大小并不像使用起来那么简单，有可能引发大量的构造析构操作。下面再来看一个例子：

A a;vector<A> v1;v1.reserve(2);v1.push_back(a);v1.push_back(a);v1.push_back(a);

在这个例子中，开始给v1预留了2个对象的空间，但随后插入了3个对象，可以看看输出结果是什么：

A: constructor
A: copy constructor
A: copy constructor
A: copy constructor
A: copy constructor
A: copy constructor
A: destructor
A: destructor
A: destructor
A: destructor
A: destructor
A: destructor
可以看到，共调用了5个拷贝构造函数！前两个好理解，是伴随着前两个push_back而被调用的，但是第三个push_back的时候，因为v1中的空间不够，所以重新弄了个数组，首先把原来数组里的两个对象拷贝过来，然后才将第三个对象push进新数组里，所以第三个push_back引发了3个拷贝构造函数，当然同时也额外引发了两个析构函数，所以vector虽然好用，但是某些时候可能引发大量的内存分配及构造析构操作，如果应用程序对这个敏感，就要考虑其他的容器了，像list。