C++ std::vector 精讲

vector高频面试三问

1️⃣ std::vector 的扩容机制是怎样的？如何优化扩容以提升性能？

2️⃣ emplace_back() 与 push_back() 的区别是什么？为什么 emplace_back() 更高效？

3️⃣ clear() 后 capacity 是否会改变？如何确保 vector 释放多余的内存？

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1. vector 扩容机制

• std::vector 采用 指数增长策略，即每次扩容时 容量（capacity）约为当前的 1.5 - 2 倍。

• 扩容步骤：

  1. 申请更大内存（通常是当前 capacity 的 1.5 - 2 倍）。

  2. 拷贝或移动旧数据 到新内存。

  3. 释放旧内存。

✅ 示例：

std::vector<int> vec;
for (int i = 1; i <= 10; ++i) {
    vec.push_back(i);
    std::cout << "Size: " << vec.size() << ", Capacity: " << vec.capacity() << std::endl;
}

🚀 优化：如果已知需要存储大量数据，可使用 reserve(n) 预分配空间，避免多次扩容。

vec.reserve(1000);  // 直接预分配 1000 个元素的空间

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2. emplace_back() 的好处

• emplace_back(args...) 原地构造对象，避免不必要的拷贝/移动。

• 相比 push_back(a) 更高效，特别适用于存储复杂对象。

✅ 示例：

std::vector<std::string> vec;
vec.push_back("hello");      // 先创建 std::string，再拷贝
vec.emplace_back("world");  // 直接在 vector 内构造 std::string

📌 结论：

• 对于简单数据类型，push_back() 和 emplace_back() 差别不大。

• 对于复杂对象，优先使用 emplace_back() 以提升性能！

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3. clear() 优化

• clear() 仅删除元素但不会释放 capacity。

• 如果希望释放多余内存，可使用 shrink_to_fit()，但不保证立即生效。

✅ 示例：

std::vector<int> vec(1000);
vec.clear();  // size 变 0，但 capacity 仍然是 1000
vec.shrink_to_fit();  // 可能减少 capacity

🚀 最佳实践：

if (vec.capacity() > vec.size() * 2) {
    vec.shrink_to_fit(); // 仅在容量远大于实际使用时调用
}

📌 总结：clear() 只清空数据但不释放内存，shrink_to_fit() 可尝试释放多余容量。

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