我是 C++ 新手,我在我的项目中使用 vector 类。我发现它非常有用,因为我可以拥有一个在必要时自动重新分配的数组(即,如果我想 push_back 一个项目并且 vector 已经达到它的最大容量,它会重新分配自己,向操作系统请求更多内存空间),所以访问 vector 的元素非常快(它不像列表,要到达“n-th”元素,我必须经过“n”个第一个元素)。
我找到了 this question非常有用,因为当我想将 vector 存储在堆/堆栈上时,他们的回答完美地解释了 “内存分配器” 的工作原理:
[1] vector<Type> vect;
[2] vector<Type> *vect = new vector<Type>;
[3] vector<Type*> vect;
但是,一个疑问困扰了我一段时间,我找不到答案: 每当我构建一个 vector 并开始将 很多 项目插入时,它会达到 vector 已满的时刻,因此要继续增长,它需要重新分配,将自身复制到一个新位置并然后继续 push_back 项目(显然,这种重新分配隐藏在类的实现中,所以它对我来说是完全透明的)
好吧,如果我在堆上创建了 vector [2],我可以想象会发生什么:类 vector 调用 malloc,获取新空间,然后将自身复制到新内存中,最后删除旧内存免费通话。
但是,当我在堆栈上构造一个 vector 时,面纱隐藏了正在发生的事情 [1]:当 vector 必须重新分配时会发生什么? AFAIK,每当您在 C/C++ 上输入一个新函数时,计算机都会查看变量的声明,然后 展开 堆栈以获得放置这些变量所需的空间,但您无法分配当函数已经运行时,堆栈上有更多空间。类 vector 是如何解决这个问题的?
最佳答案
你写的
[...] copy itself to a new location [...]
这不是 vector 的工作方式。 vector 数据被复制到新位置,而不是 vector 本身。
我的回答应该让您了解 vector 是如何设计的。
常见的 std::vector 布局*
注意:std::allocator
实际上很可能是一个空类和std::vector
可能不会包含此类的实例。对于任意分配器,这可能不是真的。
在大多数实现中,它由三个指针组成
-
begin
指向堆上 vector 的数据内存的开始(如果不是nullptr
,则始终在堆上) -
end
将一个内存位置指向 vector 数据的最后一个元素 ->size() == end-begin
-
capacity
内存位置上的点经过 vector 内存的最后一个元素 ->capacity() == capacity-begin
堆栈上的 vector
我们声明一个 std::vector<T,A>
类型的变量在哪里 T
是任何类型,A
是 T
的分配器类型(即 std::allocator<T>
)。
std::vector<T, A> vect1;
这在内存中是什么样子的?
如我们所见:堆上什么都没有发生,但变量占用了堆栈上所有成员所需的内存。
它就在那里,它会一直呆在那里直到vect1
超出范围,因为 vect1
与 double
类型的任何其他对象一样,只是一个对象, int
管他呢。不管它在堆上处理多少内存,它都会坐在它的堆栈位置上等待被销毁。
vect1
的指针不要指向任何地方,因为 vector 是空的。
堆上的 vector
现在我们需要一个指向 vector 的指针并使用一些动态堆分配来创建 vector 。
std::vector<T, A> * vp = new std::vector<T, A>;
让我们再看看内存。
我们的 vp 变量在堆栈上,我们的 vector 现在在堆上。同样, vector 本身不会在堆上移动,因为它的大小是恒定的。如果发生重新分配,只有指针( begin
、 end
、 capacity
)将移动到内存中的数据位置之后。让我们来看看。
将元素推送到 vector
现在我们可以开始将元素推送到 vector 。来看看vect1
.
T a;
vect1.push_back(a);
变量vect1
仍然在原来的位置,但堆上的内存被分配以包含 T
的一个元素.
如果我们再添加一个元素会发生什么?
vect1.push_back(a);
- 在堆上为数据元素分配的空间是不够的(因为它只有一个内存位置)。
- 将为两个元素分配一个新的内存块
- 第一个元素将被复制/移动到新存储中。
- 旧内存将被释放。
我们看到:新的内存位置不同了。
为了更深入地了解,让我们看看我们销毁最后一个元素的情况。
vect1.pop_back();
分配的内存不会改变,但最后一个元素将调用其析构函数,并且结束指针向下移动一个位置。
如您所见:capacity() == capacity-begin == 2
而size() == end-begin == 1
关于c++ Vector,每当它在堆栈上扩展/重新分配时会发生什么?,我们在Stack Overflow上找到一个类似的问题: https://stackoverflow.com/questions/17299951/