C++中什么是真正的空std::vector？

Question

C++中什么是真正的空std::vector？

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在类A中我有两个包含其他类B和C对象的向量。我知道这些向量最多可以容纳多少元素。在类A构造函数的初始化列表中，我将这些向量初始化为它们的最大大小（常数）。

如果我理解正确的话，现在我有一个使用其默认构造函数初始化的类B对象的向量。是这样吗？当我编写这段代码时，我认为这是唯一的处理方法。然而，我后来了解了std::vector.reserve()，我想实现不同的目标。

我希望为这些向量分配尽可能多的内存，因为添加到它们的内容由用户输入控制，所以我不希望经常调整大小。但是，我要每秒迭代很多次这个向量，而且我只处理已标记为“活动”的对象。每次迭代都检查类B/C的布尔成员变量是愚蠢的。我甚至不希望我的迭代器看到这些对象存在。

提前保留最大空间并使用push_back向向量添加新对象是解决此问题的方法吗？

- RyanG

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您是否已经确定可能存在性能问题以及该问题很可能存在？ - David Thornley

@DavidThornley 这不仅是一个性能问题，而是一个基本的C++问题。默认情况下应该永远不创建无效但存在的对象。你不必测量从“错误的方式”转换为“正确的方式”的性能来证明切换的合理性；你必须测量它来证明不切换的合理性。 - David Stone

3个回答

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是的，reserve(n)会分配空间，但不会实际放置元素-增加capacity()而不增加size()。

顺便说一下，如果“由用户输入控制添加”意味着用户点击“插入X”，您将X插入向量中，则无需担心调整大小的开销。等待用户输入比摊销常数调整大小性能慢得多。

- Stephen

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你的问题有点令人困惑，让我试着回答一下我认为你问的是什么。

假设你有一个默认构造的 vector<B>。然后你调用了 vec.reserve(100)。现在，vec 包含 0 个元素。它是空的。 vec.empty() 返回 true，vec.size() 返回 0。每次调用 push_back，你将插入一个元素，除非 vec 包含 100 个元素，否则不会进行重新分配。

- rlbond

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可以查看英文原文，
原文链接

- Jonathan M Davis · Accepted Answer

一个向量具有容量和大小。容量是已分配内存的元素数量。大小是实际在向量中的元素数量。当向量的大小为0时，它为空。因此，size()返回0，empty()返回true。这并不意味着此时向量的容量（这将取决于自创建以来对向量进行的插入和删除次数等因素）。capacity()会告诉您当前容量-即在必须重新分配其内部存储以容纳更多元素之前，向量可以容纳的元素数量。

因此，当您构造一个vector时，它具有特定的大小和特定的容量。默认构造的vector的大小为零，容量由实现定义。您可以自由地向vector中插入元素，而不必担心vector是否足够大 - 直到max_size() - max_size()是该系统上vector可以具有的最大容量/大小（通常足够大，无需担心）。每次将项插入vector时，如果它具有足够的容量，则不会向vector分配内存。但是，如果插入该元素会超过vector的容量，则vector的内存会在内部重新分配，以便它具有足够的容量来容纳新元素以及实现定义的一些新元素（通常情况下，vector的容量可能会增加一倍），并将该元素插入向量中。这发生在常数摊销时间内，因此通常不需要担心它会成为性能问题。

如果您发现自己经常向vector添加元素，导致多次重新分配内存，这可能会影响性能，那么可以调用reserve()将容量设置为至少给定值。通常情况下，当您非常确定vector可能包含多少个元素时，才会这样做。但是，除非您知道这会影响性能，否则这可能是一个不好的主意。这只会使您的代码更加复杂。而恒定摊销时间通常足以避免性能问题。

您还可以像您提到的那样构造具有给定数量默认构造元素的vector，但是，除非您真的需要这些元素，否则这将是一个不好的主意。 vector应该使您无需担心在插入元素时重新分配容器（就像您必须使用数组一样），并且为了分配内存而在其中默认构造元素将会破坏这一点。如果您确实想要这样做，请使用reserve()。但同样，除非您确定这将改善性能，否则不要费心使用reserve()。正如另一个答案中指出的那样，如果您根据用户输入向vector插入元素，则很可能I/O的时间成本远远超过当它耗尽容量时重新分配vector内存的时间成本。

与容量相关的函数：

capacity()  // Returns the number of elements that the vector can hold
reserve()   // Sets the minimum capacity of the vector.

与大小相关的函数：

clear()  // Removes all elements from the vector.
empty()  // Returns true if the vector has no elements.
resize() // Changes the size of the vector.
size()  // Returns the number of items in the vector.