C++ vector中的resize，reserve，size和capacity函数讲解

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#C++ #vector

本文详细介绍了C++中vector的resize(), reserve(), size()和capacity()函数。resize()会改变容量和元素个数，reserve()仅改变容量，size()返回元素个数，capacity()返回能存储的元素总数。通过代码实例展示了它们在不同情况下的行为，帮助理解这些函数的用法和差异。" 8947966,939128,Git分布式版本控制系统详解,"['Git', '版本控制', '服务器']

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前言

在介绍resize()，reserve()，size()和capacity()函数之前，先简单介绍一下c++中vector的概念。

vector：顺序容器（可变大小数组）。支持快速随机访问。在尾部之外的位置插入或删除元素可能很慢。

既然vector是个容器，那么一定相关特性，如添加元素、删除元素和查询容器大小等操作。本文重点介绍vector中的resize()，reserve()，size()和capacity()函数。

基本概念

  1. capacity

    指容器在分配新的存储空间之前能存储的元素总数。

  2. size

    指当前容器所存储的元素个数

注：capacity是容器可存储的最大总数，size是当前容器存储的个数。还不理解，看我画的图（画风虽怪，但言简意赅）。

  1. resize

既分配了空间，也创建了对象。

这里空间就是capacity，对象就是容器中的元素。

  1. reserve

reserve()表示容器预留空间，但不是真正的创建对象，需要通过insert()或push_back()等操作创建对象。

其实size()和capacity()没有更多需要介绍的地方，大家平时coding时直接调用即可。当然size()的使用频率相当高，通常进行遍历操作时，最外层的for循环的次数即为size()。

resize和reverse

区别

  1. reserve()只修改capacity大小，不修改size大小，
  2. resize()既修改capacity大小，也修改size大小。

代码实例

代码解析

操作1

vector<int> v1;
vector<int> v2;
vector<int> v3;
vector<int> v4;

创建4个空容器，让我们看看此时size和capacity的情况：

cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity()<<endl;
cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;    
cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

输出结果为：

v1_size: 0 ， vl_capacity: 0

v2_size: 0 ， v2_capacity: 0

v3_size: 0 ， v3_capacity: 0

v4_size: 0 ， v4_capacity: 0

看来刚创建的空容器，size和capacity是一致的。

操作2

这里补充个很有意思的小实验。我们给空容器v2添加一个元素，观察此时的size和capacity

v2.push_back(99);
cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;

结果：

v2_size: 1，v2_capacity: 1

哇！size和capacity同时加1了。此时size可以理解，因为当前v2中的元素个数为1。至于capacity，根据定义，capacity是不能小于size的。

这里size和capacity是相等的，但感觉怪怪的。下面继续操作：

int nums = 20;
for (int i = 0; i < nums; ++i){
    v2.push_back(i+1);
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
}

让我们直接看结果：

v2_size: 2 ， v2_capacity: 2

v2_size: 3 ， v2_capacity: 3

v2_size: 4 ， v2_capacity: 4

v2_size: 5 ， v2_capacity: 6

v2_size: 6 ， v2_capacity: 6

v2_size: 7 ， v2_capacity: 9

v2_size: 8 ， v2_capacity: 9

v2_size: 9 ， v2_capacity: 9

v2_size: 10 ， v2_capacity: 13

v2_size: 11 ， v2_capacity: 13

v2_size: 12 ， v2_capacity: 13

v2_size: 13 ， v2_capacity: 13

v2_size: 14 ， v2_capacity: 19

v2_size: 15 ， v2_capacity: 19

v2_size: 16 ， v2_capacity: 19

v2_size: 17 ， v2_capacity: 19

v2_size: 18 ， v2_capacity: 19

v2_size: 19 ， v2_capacity: 19

v2_size: 20 ， v2_capacity: 28

v2_size: 21 ， v2_capacity: 28

看到输出结果，是不是觉得很奇怪？咦，为什么有时候capacity就比size要大了呢？

这里我们不深入探讨，只是告诉大家这么一个有意思的现象。其实也很好解释，容器是线性表，内存空间是连续的，每次添加一个新元素，系统可能会自动分配额外的存储空间。至于这个”可能”发生的频率，额外的存储空间有多大？这里就不赘述。

操作3

下面看真正涉及resize和reserve的代码：

v1.resize(100);
v2.resize(100);
v2.push_back(99);   // 添加一个元素

v3.reserve(100);
v4.reserve(100);

上述代码将v1和v2 resize到100，并且v2再新加一个元素；而将v3和v4都 reserve到100。

让我们看一下输出结果：

v1_size: 100 ， vl_capacity: 100

v2_size: 101 ， v2_capacity: 150

v3_size: 0 ， v3_capacity: 100

v4_size: 0 ， v4_capacity: 100

此时v1的size和capacity都为100，这符合resize的定义：既分配了空间，也创建了对象。这里的空间就是100，对象就是100个元素。猜猜这100个元素值是多少，比如v1[0]。默认初始化为0，即v1[0]=0。

v2比较有意思，因为比v1多加了一个元素，所以size为101，但其capacity居然是150。大家默认理解就行，毕竟是系统根据vector特性进行分配的存储空间，我们方向使用就好。

v3和v4则一致，size为0，capacity为100。这符合reserve操作的定义：reserve()表示容器预留空间，但不是真正的创建对象。所以这里的size为0，当前容器里根本没有元素。

操作4

v1.resize(200);
v2.reserve(200);
v3.reserve(200);
v4.resize(200);

cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity() << endl;
cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;
cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

我们混用resize()和reserve()函数，看一下输出结果：

v1_size: 200 ， vl_capacity: 200

v2_size: 101 ， v2_capacity: 200

v3_size: 0 ， v3_capacity: 200

v4_size: 200 ， v4_capacity: 200

这里比较有意思，我们重点分析一下：

v1的size和capacity都为200，符合resize()的作用：size和capacity都改变。

v2的size为101，capacity为200，符合reserve()的作用：不改变size，但改变capacity。

v3经过两次reserve()后，size为0，capacity为200，同样符合reserve()的作用。

v4先经过一次reserve()，此时size为0，capacity为200；再经过resize()后，size和capacity都为200。

上述操作应该就能深刻体会resize()和reserve()两个函数的作用和异同了。

操作5

这里再继续举个有意思的情况：

v4.push_back(8);

cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

输出：

v4_size: 201 ， v4_capacity: 300

在给v4添加新元素之前，v4的size和capacity都为200。我们给v4添加一个元素后，size为201，capacity却已经变成300了。

可见系统给vector动态分配的存储空间，真的难以捉摸。不过我们作为使用者，其实并不需要考虑这些问题。

代码完整版

// Summary: C++ vector中的resize和reserve函数使用
// Author:  Amusi
// Date:    2018-07-18

#include <iostream>
#include <vector>

using namespace std;

int main(){

    vector<int> v1;
    vector<int> v2;
    vector<int> v3;
    vector<int> v4;

    cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity()<<endl;
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
    cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;    
    cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

    v2.push_back(99);
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;

    int nums = 20;
    for (int i = 0; i < nums; ++i){
        v2.push_back(i+1);
        cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
    }

    cout << endl;

    v1.resize(100);
    v2.resize(100);
    v2.push_back(99);   // 添加一个元素

    v3.reserve(100);
    v4.reserve(100);

    cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity() << endl;
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
    cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;
    cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

    v1.resize(200);
    v2.reserve(200);
    v3.reserve(200);
    v4.resize(200);

    cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity() << endl;
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
    cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;
    cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

    v4.push_back(8);

    cout << "v1_size: " << v1.size() << "\t vl_capacity: " << v1.capacity() << endl;
    cout << "v2_size: " << v2.size() << "\t v2_capacity: " << v2.capacity() << endl;
    cout << "v3_size: " << v3.size() << "\t v3_capacity: " << v3.capacity() << endl;
    cout << "v4_size: " << v4.size() << "\t v4_capacity: " << v4.capacity() << endl << endl;

    return 0;
}

输出结果：

总结

  • size()：返回vector中的元素个数
  • capacity()：返回vector能存储元素的总数
  • resize()操作：创建指定数量的的元素并指定vector的存储空间
  • reserve()操作：指定vector的元素总数

参考

[1] std::vector：http://www.cplusplus.com/reference/vector/vector/

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