Vector底层源码(一点点)----扩容机制

最新推荐文章于 2024-12-05 09:00:00 发布
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分类专栏： Java底层 文章标签： java
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事先声明:下面我说了很多次按住XXX来查看源码,意思是左手点击ctrl,鼠标放在方法上,等那个方法名变蓝了,再点击就可以了,我是在idea中运行的.(不止有方法名可以这样,类啊,接口之类的都行,可以多试试)

 

一开始是为了搞懂Stack,结果发现Stack时Vector的子类,所以直接去看了Vector的源码.

我一开始的问题是:我每次在实例化Stack都没有设置过Stack的大小,那么它是怎么知道我会添加多少元素,又该怎么为数组扩容呢?(因为它们底层是由动态数组实现的),其实在实例化Vector的时候也是这样.

OK,我们调用的是Vector的无参构造器,可以前往它的源码看看

这个意思就是,给Vector的初始容量为10,按住这个this,它会去到另一个地方.

嘿嘿,这里有一个capacityIncrement为0,也就是说它的容量增长值设置为0.(这两个都是Vector的属性,有需要可以自己去查看源码哟)

接下来看看它是怎么扩容的.

我们先把它的十个容量全部占满,然后再再次添加数据

按住add去查看源码.

里面又有一个add(这里用了重载),再去看看这个新的add(里面的一些属性我没有解释,有需要可以自己去查看,因为这个跟这里要说的扩容机制关系不太大).

在这个里面又可以看到grow方法,再次去查看

可以看到它又调用了一个重载过的grow方法,并且窗帘一个参数,旁边有一个灰色的提醒说这是最小容量,就是再原有的元素个数上加了一个一.再次去查看新的grow方法

里面有一个newCapacity方法,看到这个方法的名字就猜到我们离真相不远啦. 去看看newCapacity方法.

里面有这么多,我们看那个newCapacity,如果我们设置了capacityIncrement的话就按照capacityIncrement来增加,但是我们没有设置,所以我们加上原来旧的容量,相当于增加两倍. 在进行一步步的回溯,你就会发现他得到newCapacity后会使用Arrays.copyOf来将原始数据拷贝到新数据离去.

OK,这就是它扩容机制啦,但是如果出现了溢出,那就抛出异常并处理异常啦,在这里我就不做解释了(以后我对此有疑问或者兴趣了应该会查询后记录下来的吧).

 

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vector底层的扩容机制
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03-28
<think>好的，我需要回答用户关于C++ vector扩容机制的问题，包括内部实现和源码分析。首先，用户提供的引用中有几个相关的资料，比如引用[2]、[4]、[5]提到了扩容机制，特别是引用[2]中的C++代码示例和扩容时的容量变化，引用[4]和[5]讨论了无参构造器和扩容过程。需要注意的是，用户可能混淆了C++的vector和Java的Vector，因为引用[4]和[5]明显是关于Java的，但用户的问题是关于C++的，所以应该主要参考引用[2]和[3]。 首先，我需要整理C++ vector的扩容机制。根据STL的实现，当vector的size达到capacity时，会分配更大的内存空间，通常是原容量的1.5倍或2倍（不同编译器可能不同，比如VS是1.5倍，GCC是2倍）。然后将旧元素拷贝到新空间，释放旧内存。这个过程会影响性能，因此reserve预分配可以优化。 接下来，需要分析源码。例如，push_back操作会检查是否需要扩容，调用reserve或者相关的函数。在扩容时，可能会调用_M_realloc_insert函数（以GCC为例），其中计算新容量，分配内存，移动元素。这部分需要结合源码结构来解释，比如指针如何管理，迭代器失效的问题。 另外，用户提供的引用[2]中的代码示例展示了扩容时地址的变化，说明内存重新分配，这可以用来举例说明扩容发生的情况。比如，当容量不足时，vec.push_back(1)会导致vector扩容，导致存储地址改变。 需要注意的是，C++和Java的扩容机制不同，比如Java的Vector默认增长一倍，而C++的实现依赖于编译器，所以需要明确区分。在回答中应该指出这一点，避免混淆。 然后，生成相关问题，比如扩容策略的不同，性能影响，如何避免频繁扩容等。这些问题可以帮助用户进一步理解。 最后，确保回答结构清晰，分步骤解释扩容机制，结合源码和示例，引用正确的资料（如引用[2]和[3]），并正确标注引用标记。</think>### C++ vector扩容机制解析 #### 一、核心扩容机制 C++ STL中vector的扩容机制遵循以下步骤： 1. **容量检查**：当插入元素时（如`push_back`），若当前`size() == capacity()`，触发扩容。 2. **新容量计算**：不同编译器的扩容策略不同： - **GCC**：新容量 = 原容量 × 2 - **MSVC**：新容量 = 原容量 × 1.5 3. **内存重分配**：分配新的连续内存空间，大小等于新容量。 4. **元素迁移**：将旧元素全部拷贝/移动到新内存（C++11后优先使用移动语义）。 5. **旧内存释放**：销毁旧元素并释放原内存块[^2][^3]。 #### 二、源码实现分析（以GCC为例） 关键函数`push_back`调用链： ```cpp // vector.tcc template<typename _Tp, typename _Alloc> void vector<_Tp, _Alloc>::push_back(const value_type& __x) { if (this->_M_impl._M_finish != this->_M_impl._M_end_of_storage) { // 直接构造元素 } else _M_realloc_insert(end(), __x); // 触发扩容 } // 扩容函数实现 template<typename _Tp, typename _Alloc> void vector<_Tp, _Alloc>::_M_realloc_insert(iterator __position, const _Tp& __x) { const size_type __len = _M_check_len(1, "vector::_M_realloc_insert"); pointer __new_start = _M_allocate(__len); // 分配新内存 // 迁移元素并插入新元素 _M_deallocate(this->_M_impl._M_start, this->_M_impl._M_end_of_storage - this->_M_impl._M_start); // 释放旧内存 } ``` 其中`_M_check_len`计算新容量： ```cpp size_type _M_check_len(size_type __n, const char* __s) const { if (max_size() - size() < __n) __throw_length_error(__s); const size_type __len = size() + std::max(size(), __n); // GCC采用2倍扩容策略 return (__len < size() || __len > max_size()) ? max_size() : __len; } ``` #### 三、示例验证 引用[2]中的代码在VS环境下运行后输出： ``` 0x1e4b668 1 1 0x1e4b668 2 2 0x1e4b668 3 3 ...（前三次扩容后地址变化） 0x1e4b6a8 4 6 // 容量从3扩容到6（1.5倍） ``` 表明MSVC采用1.5倍扩容策略，且每次扩容后内存地址改变。 #### 四、性能优化建议 1. **预分配内存**：使用`reserve(n)`预先分配足够容量，避免多次扩容。 2. **移动语义**：C++11后优先使用`emplace_back`减少拷贝开销。 3. **迭代器失效**：扩容后原有迭代器、指针、引用均失效[^3]。
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