vector内存机制和性能分析
来源:互联网 发布:网络诈骗特点有 编辑:程序博客网 时间:2024/05/29 06:49
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vector内存机制和性能分析
关于vector,简单地讲就是一个动态数组,里面有一个指针指向一片连续的内存空间,当空间不够装下数据时会自动申请另一片更大的空间,然后把原有数据拷贝过去,接着释放原来的那片空间;当释放或者说是删除里面的数据时,其存储空间并不会释放,仅仅只是清空了里面的数据。接下来,我会详细地说说这些。
备注:本文的相关程序都是在windows 7+VS2008环境下测试。
一、首先,看看vector的内存分配机制:- vector<int> arr;
- ofstream wf("1.txt");
- for(int i=0;i<100;++i)
- {
- arr.push_back(i);
- wf<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<end;
- }
- wf.close();
再来看看1.txt中的数据:
capacity=1,size=1
capacity=2,size=2
capacity=3,size=3
capacity=4,size=4
capacity=6,size=5
capacity=6,size=6
capacity=9,size=7
capacity=9,size=8
capacity=9,size=9
capacity=13,size=10
capacity=13,size=11
capacity=13,size=12
capacity=13,size=13
capacity=19,size=14
capacity=19,size=15
capacity=19,size=16
capacity=19,size=17
capacity=19,size=18
capacity=19,size=19
capacity=28,size=20
capacity=28,size=21
capacity=28,size=22
capacity=28,size=23
capacity=28,size=24
capacity=28,size=25
capacity=28,size=26
capacity=28,size=27
capacity=28,size=28
capacity=42,size=29
capacity=42,size=30
capacity=42,size=31
capacity=42,size=32
capacity=42,size=33
capacity=42,size=34
capacity=42,size=35
capacity=42,size=36
capacity=42,size=37
capacity=42,size=38
capacity=42,size=39
capacity=42,size=40
capacity=42,size=41
capacity=42,size=42
capacity=63,size=43
capacity=63,size=44
capacity=63,size=45
capacity=63,size=46
capacity=63,size=47
capacity=63,size=48
capacity=63,size=49
capacity=63,size=50
capacity=63,size=51
capacity=63,size=52
capacity=63,size=53
capacity=63,size=54
capacity=63,size=55
capacity=63,size=56
capacity=63,size=57
capacity=63,size=58
capacity=63,size=59
capacity=63,size=60
capacity=63,size=61
capacity=63,size=62
capacity=63,size=63
capacity=94,size=64
capacity=94,size=65
capacity=94,size=66
capacity=94,size=67
capacity=94,size=68
capacity=94,size=69
capacity=94,size=70
capacity=94,size=71
capacity=94,size=72
capacity=94,size=73
capacity=94,size=74
capacity=94,size=75
capacity=94,size=76
capacity=94,size=77
capacity=94,size=78
capacity=94,size=79
capacity=94,size=80
capacity=94,size=81
capacity=94,size=82
capacity=94,size=83
capacity=94,size=84
capacity=94,size=85
capacity=94,size=86
capacity=94,size=87
capacity=94,size=88
capacity=94,size=89
capacity=94,size=90
capacity=94,size=91
capacity=94,size=92
capacity=94,size=93
capacity=94,size=94
capacity=141,size=95
capacity=141,size=96
capacity=141,size=97
capacity=141,size=98
capacity=141,size=99
capacity=141,size=100
数据有点多,提炼下就是这样的:
capacity=1
capacity=2
capacity=3
capacity=4
capacity=6
capacity=9
capacity=13
capacity=19
capacity=28
capacity=42
capacity=63
capacity=94
capacity=141
看出其中的规律没?对,就是每次扩容都是增加当前空间的50%(第一次除外);
9+9/2=13;13+13/2=19;19+19/2=28……
其实STL的源码我们都可以看到的,具体就在你说安装的编译器目录下,例如,我的VS2008是在:安装目录\VC\include下面。你也可以在VS中直接选中#include <vector>右键打开。当然了,windows上的STL源码都是P.J. Plauger写的(PS:很牛B的博士,百度你就知道),大家都说可读性极差,我也这么认为,我们这些菜鸟还是看GCC中的STL源码吧。
\VC\include\vector中是这样扩容的:
- <span style="white-space:pre"> </span>if (_Count == 0)//这里进行了判断,但是什么都不做,不知道为什么???????
- ;
- else if (max_size() - size() < _Count)//编译器可以申请的最大容量也装不下,抛出异常_THROW(length_error, "vector<T> too long");
- _Xlen(); // result too long
- else if (_Capacity < size() + _Count)//当前空间不足,需要扩容
- { // not enough room, reallocate
- _Capacity = max_size() - _Capacity / 2 < _Capacity
- ? 0 : _Capacity + _Capacity / 2; // try to grow by 50%,扩容50%
- if (_Capacity < size() + _Count)//扩容50%后依然不够容下,则使容量等于当前数据个数加上新增数据个数
- _Capacity = size() + _Count;
- pointer _Newvec = this->_Alval.allocate(_Capacity);//申请新的空间
- pointer _Ptr = _Newvec;
- _TRY_BEGIN
- _Ptr = _Umove(_Myfirst, _VEC_ITER_BASE(_Where),
- _Newvec); // copy prefix <span style="white-space:pre"> </span>//拷贝原有数据到新的内存中
- _Ptr = _Ucopy(_First, _Last, _Ptr); // add new stuff<span style="white-space:pre"> </span>//拷贝新增数据到新的内存的后面
- _Umove(_VEC_ITER_BASE(_Where), _Mylast, _Ptr); // copy suffix
- _CATCH_ALL
- _Destroy(_Newvec, _Ptr);
- this->_Alval.deallocate(_Newvec, _Capacity);//释放原来申请的内存
- _RERAISE;
- _CATCH_END
看看它的析构代码:
- ~vector()
- { // destroy the object
- _Tidy();
- }
- <span style="white-space:pre"> </span>void _Tidy()
- <span style="white-space:pre"> </span>{<span style="white-space:pre"> </span>// free all storage
- <span style="white-space:pre"> </span>if (_Myfirst != 0)
- <span style="white-space:pre"> </span>{<span style="white-space:pre"> </span>// something to free, destroy and deallocate it
- #if _HAS_ITERATOR_DEBUGGING
- <span style="white-space:pre"> </span>this->_Orphan_all();
- #endif /* _HAS_ITERATOR_DEBUGGING */
- <span style="white-space:pre"> </span>_Destroy(_Myfirst, _Mylast);//应该是销毁vector中的每一个元素吧
- <span style="white-space:pre"> </span>this->_Alval.deallocate(_Myfirst, _Myend - _Myfirst);//释放缓冲区的空间
- <span style="white-space:pre"> </span>}
- <span style="white-space:pre"> </span>_Myfirst = 0, _Mylast = 0, _Myend = 0;//指针全部归零
- <span style="white-space:pre"> </span>}
二、如何强制释放vector的缓冲区:
答案是可以的,既然析构时会释放空间,那么我们就可以换个方式调用析构函数。
- // //方法一、
- vector<int>().swap(arr); //交换后
- //方法二、
- {
- vector<int> temp;//临时对象未初始化,其缓冲区大小为0,没有数据
- arr.swap(temp);//与我们的对象交换数据,arr的缓冲区就没了。
- }//临时变量会被析构,temp调用vector析构函数释放空间
为了比较,我们用了三种方式来把100个数据存入vector中,分别是:1、直接每次push_back();2、使用resize()提前分配100个空间,然后push_back;3、使用reserve提前分配100个存储空间。MSDN中,这两个个函数的说明分别是:
reserve Reserves a minimum length of storage for a vector object, allocating space if necessary.
resize Specifies a new size for a vector.
在这里我们初始化的时候使用感觉好像是差不多。
- clock_t start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v1;
- for(int i=0;i<100;++i)
- v1.push_back(i);
- }
- cout<<"直接push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
- start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v2;
- v2.resize(100);
- for(int i=0;i<100;++i)
- v2.push_back(i);
- }
- cout<<"先resize预设大小再push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
- start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v3;
- v3.reserve(100);
- for(int i=0;i<100;++i)
- v3.push_back(i);
- }
- cout<<"先reserve预设大小再push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
结果却不尽相同
reserve只是保持一个最小的空间大小,而resize则是对缓冲区进行重新分配,里面涉及到的判断和内存处理比较多,当然了在这里由于最初都是空的所以差别不大。
两者的区别查看:vector::reserve和vector::resize的区别。
由此可见,对于数据数目可以确定的时候,先预设空间大小是很有必要的。直接push_back数据频繁移动很是耗时(当然了,数据小的可以忽略的)。
真个测试程序的完整代码如下
- #include "stdafx.h"
- #include "btree.h"
- #include <vector>
- #include <iostream>
- #include <Windows.h>
- #include <fstream>
- #include <time.h>
- using std::ofstream;
- using std::cout;
- using std::endl;
- using std::vector;
- int _tmain(int argc, _TCHAR* argv[])
- {
- /************************************************************************/
- /* vector如何强制释放内存空间 */
- /* 默认只有析构时才会释放 */
- /************************************************************************/
- vector<int> arr;
- cout<<"默认情况未初始化时,capacity="<<arr.capacity()<<endl;
- arr.resize(100,100);
- arr.reserve(50);
- arr.resize(50);
- cout<<"现在,capacity="<<arr.capacity()<<endl;
- vector<int>::iterator itor=arr.begin()+10;
- arr.erase(arr.begin(),itor);
- cout<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<endl;
- // //方法一、
- vector<int>().swap(arr); //强制释放空间
- //方法二、
- {
- vector<int> temp;
- arr.swap(temp);
- }//临时变量会被析构
- cout<<"capacity="<<arr.capacity()<<",size="<<arr.size()<<endl;
- clock_t start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v1;
- for(int i=0;i<100;++i)
- v1.push_back(i);
- }
- cout<<"直接push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
- start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v2;
- v2.resize(100);
- for(int i=0;i<100;++i)
- v2.push_back(i);
- }
- cout<<"先resize预设大小再push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
- start=clock();
- for(int num=0;num<10000;++num)
- {
- vector<int> v3;
- v3.reserve(100);
- for(int i=0;i<100;++i)
- v3.push_back(i);
- }
- cout<<"先reserve预设大小再push循环10000次用时:"<<clock()-start<<endl;
- vector<int> v4;
- ofstream wf("2.txt");
- int nFlag=v4.capacity();
- for(int i=0;i<100;++i)
- {
- v4.push_back(i);
- if(nFlag!=v4.capacity())
- {
- nFlag=v4.capacity();
- cout<<"new buffer size="<<nFlag<<endl;
- wf<<"capacity="<<nFlag<<endl;
- }
- }
- wf.close();
- cout<<"max_size="<<arr.max_size()<<endl;
- return 0;
- }
参考了一些前辈的文章,能力有限,欢迎指教,相互学习。
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