vector容器，resize/reserve/assign总结

左手的ㄟ右手 2022-11-13 11:18 284阅读 0赞

参考 《std::vector》

vector属性

  • capacity
    返回当前存储空间能够容纳的元素数
  • size
    返回容器中的元素数，即 std::distance(begin(), end())
  • max_size
    此值通常反映容器大小上的理论极限，即理论上可申请到的最大容量大小。

vector成员方法

  • reserve( n )
    增加 vector 的容量到大于或等于 n 的大小。
    若 n > capacity() ，则扩容。分配新存储，并将原空间元素拷贝到新空间内，
    若 n < capacity() ，缩容？，NO，该方法不做任何事。

  • resize( count )
    重设容器大小以容纳 count 个元素。

    • 若 count < size ，则减小容器元素（从尾部删除）到 count 个，
    • 若 count > size ，则容器增加若干个元素，直至size == count

  • assign( . . )
    替换容器的内容。主要有三种方式

    1. assign( size_type count, const T& value ); 替换为 count个value
    2. assign( InputIt first, InputIt last ); 替换为迭代中指向的内容
    3. assign( std::initializer_list ilist ); 来自 initializer_list ilist 的元素替换内容

vector使用默认方式实例化产生的对象为空对象。

  1. vector<int> vec;
  2.     if (vec.empty())        // 容器为空
  3.     {
  5.         cout << "The current size is :" << vec.size()  << "\n"
  6.             << "The available space is: " << vec.capacity() << endl;
  7.     }
有关vector::reserve()的使用

reserve()一般用作预分配容器大小，类似于数组操作的 int arr[10] 预先申请10个空间，但此时空间内的元素并没有使用。而我们之后使用 push_back() 等操作时，才会对容器内的空间进行使用。

使用场景：
vector容器是一种不定长（自增）的顺序表，原理是在我们使用时预先分配一定的空间比如10，当我们使用超过10个时，容器内部进行扩容（1.5倍或2倍扩容），扩容后容器容量为20，那么下一次扩容为40，…80 … 160 。 而每一次的扩容都需要将之前旧空间内的数据拷贝到新的空间内，会产生一定的开销。

而如果我们预先知道我们将使用到多大空间时，就可以使用reserve()一次扩容到足够的空间，节省了许多不必要的操作消耗。

下面这个小程序就测试了，10000个数据vector需要扩容24次，容量达到 12138 。

  1. #include <iostream>
  2. #include <vector>
  4. using namespace std;
  7. int main()
  8. {
  10.     vector<int> vec;
  12.     int* ptr = vec.data();    // 0x00000000
  13.     int cnt = 0;
  15.     int num = 10000;            // 测试 1万个数据，vector需要扩容几次
  16.     while (num--)
  17.     {
  19.         vec.push_back(num);
  20.         if (ptr != vec.data())    // 保存数据的首地址不同，即发生了扩容，更换了保存数据的空间位置
  21.         {
  23.             cnt++;
  24.             ptr = vec.data();
  25.         }
  26.     }
  27.     cout << "cnt = " << cnt << endl;    // cnt = 24
  29.     return 0;
  30. }

当我们修改程序，添加vec.reserve(10000); // 预先分配 10000 个空间 这样一条语句时，程序的执行结果将会是 cnt = 0 size = 10000 。

下面是对vec.reserve() 使用的测试，当我们增大扩容时，将会按照我们期望的那样操作，而当我们进行减少扩容时，此语句将会被忽略。

  1. #include <iostream>
  2. #include <vector>
  4. using namespace std;
  7. int main()
  8. {
  10.     // vector使用默认方式实例化产生的对象为空对象。
  11.     vector<int> vec;
  12.     if (vec.empty())        // 容器为空
  13.     {
  15.         cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  16.             << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n"
  17.             << "------------------------" << endl;
  18.     }
  23.     vec.reserve(10);            // 预分配容器空间，10个
  25.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"        // 当前的元素个数
  26.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
  27.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
  28.     cout << "\n------------------------" << endl;
  34.     vec.reserve(5);            // 预分配空间减少到 5个， 此语句无效
  36.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  37.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
  38.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
  39.     cout << "\n------------------------" << endl;
  42.     return 0;
  43. }
  45. /* 
  46. 输出:
  47.         The current size is : 0
  48.         The available space is: 0
  49.         ------------------------
  50.         The current size is : 0
  51.         The available space is: 10
  53.         ------------------------
  54.         The current size is : 0
  55.         The available space is: 10
  57.         ------------------------
  59. */
有关vector::resize()的使用

resize()一般用作改变容器内现有元素的数量，有时候也可以充当初始化的手段使用。

  1. 使用vector::resize()，申请的元素默认值为0 。（当申请的元素个数 > 容器容量时，扩容）

    vec.resize(5); // 申请5个元素，初始化为0 

    1. cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"        // 当前的元素个数
    2.     << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
    3. for (auto const& v : vec) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
    4. cout << "\n------------------------" << endl;
    5. /*
    6. 输出：
    7.     The current size is :5
    8.     The available space is: 5
    9.     0 0 0 0 0
    10.     ------------------------

    */

  2. 使用vector::resize()，申请的元素，可以指定初始化的值。
    使用指定初始化的申请元素时，如果是增加元素，将会保留原来的元素，对新增加的元素设置初值

    // vec = {0 0 0 0 0};

    1. int a = 5;
    2. vec.resize(10,a);            // 申请10个元素，初始化为指定的变量 a    
    4. cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
    5.     << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
    6. for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
    7. cout << "\n------------------------" << endl;
    8. /*
    9. 输出：
    10.     The current size is :10
    11.     The available space is: 10
    12.     0 0 0 0 0 5 5 5 5 5
    13.     ------------------------

    */

  3. 使用vector::resize()，申请的元素，可以指定初始化的值。
    使用指定初始化的申请元素时，如果是减少元素，则该初值无用。
    具体操作过程为，从尾部开始删除元素，直至容器内元素达到要求，实际上只是修改了size属性的值。
    且，减少元素的过程不会改变容器的容量。

    // vec = {0 0 0 0 0 5 5 5 5 5};

    1. vec.resize(3, a);            // 申请10个元素，初始化为指定的变量 a    
    3. cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
    4.     << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
    5. for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
    6. cout << "\n------------------------" << endl;
    7. /*
    8. 输出：
    9.     The current size is :3
    10.     The available space is: 10
    11.     0 0 0
    12.     ------------------------

    */

测试代码：

  1. #include <iostream>
  2. #include <vector>
  4. using namespace std;
  6. int main()
  7. {
  9.     vector<int> vec;
  10.     if (vec.empty())        // 容器为空
  11.     {
  13.         cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  14.             << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n"
  15.             << "------------------------" << endl;
  16.     }
  21.     vec.resize(5);            // 申请5个元素，初始化为0    
  23.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"        // 当前的元素个数
  24.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
  25.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
  26.     cout << "\n------------------------" << endl;
  32.     int a = 5;
  33.     vec.resize(10, a);            // 申请10个元素，初始化为指定的变量 a    
  35.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  36.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
  37.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
  38.     cout << "\n------------------------" << endl;
  44.     vec.resize(3, a);            // 申请10个元素，初始化为指定的变量 a    
  46.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  47.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
  48.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
  49.     cout << "\n------------------------" << endl;
  54.     vec.clear();            // 清理所有元素    
  56.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"
  57.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
  58.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";
  59.     cout << "\n------------------------" << endl;
  62.     /*
  63.     输出：
  64.         The current size is :0
  65.         The available space is: 0
  66.         ------------------------
  67.         The current size is :5
  68.         The available space is: 5
  69.         0 0 0 0 0
  70.         ------------------------
  71.         The current size is :10
  72.         The available space is: 10
  73.         0 0 0 0 0 5 5 5 5 5
  74.         ------------------------
  75.         The current size is :3
  76.         The available space is: 10
  77.         0 0 0
  78.         ------------------------
  79.         The current size is :0
  80.         The available space is: 10
  82.         ------------------------
  83.     */
  84.     return 0;
  85. }
vector::reserve() 与 vector::resize() 容易被混淆，这里简单列举一下两者区别
  • 首先，resize()是在我们使用容器时，进行操作的，如果容器的容量不足够我们使用，我们需要扩容。因此resize()应该具有扩容的功能。
  • 而，reserve()是在我们使用容器前，进行操作的，我们需要预估容器的使用规模，从而预先分配足以容纳这些数据的容量。

下面是几个简单的例子，有助于了解具体过程。ps：vec.data()不同，表示进行了扩容。

  1. int main()
  2. {
  4.     vector<int> vec;
  6.     vec.reserve(100);    // 预分配100个空间的容量
  7.     vec.resize(50);    // 增加50个值为0的元素
  8.     cout << vec.size() << "  " << vec.capacity() << " " << (void*)vec.data() << endl;
  9.     cout << "--------------------" << endl;
  12.     // resize()
  13.     // 重新申请150个元素，如果申请的数量超过空间容量，将重新分配空间
  15.     vec.resize(100);        // 申请100个元素，不扩容
  16.     cout << vec.size() << "  " << vec.capacity() << " " << (void*)vec.data() << endl;
  17.     vec.resize(300);        // 申请300个元素， 扩容
  18.     cout << vec.size() << "  " << vec.capacity() << " " << (void*)vec.data() << endl;
  19.     cout << "--------------------" << endl;
  22.     // reserve(n) 
  23.     // 设置容器空间的尺寸/容量，如果 n 大于当前容量，将扩容，申请新的空间
  24.     //                            如果 n 小于当前容量，无需改变空间位置
  26.     vec.reserve(50);        // 缩小容量，此语句将不会生效
  27.     cout << vec.size() << "  " << vec.capacity() << " " << (void*)vec.data() << endl;
  28.     vec.reserve(500);        // 扩容，申请一片可以容纳500个元素的空间，将原空间元素拷贝至新的空间
  29.     cout << vec.size() << "  " << vec.capacity() << " " << (void*)vec.data() << endl;
  31.     /*
  32.     输出：
  33.         50  100 013CEA50
  34.         --------------------
  35.         100  100 013CEA50
  36.         300  300 013D1C58
  37.         --------------------
  38.         300  300 013D1C58
  39.         300  500 013D2138
  40.     */
  41. }
有关vector::assign()的使用

assign给出的定义是替换容器的内容。其中在它的第一中使用方式与resize()非常相似。见下示例：

  1. int main()
  2. {
  4.     vector<int> vec1, vec2;
  6.     vec1.assign(10, 1);
  8.     cout << "The current size is :" << vec1.size() << "\n"        // 当前的元素个数
  9.         << "The available space is: " << vec1.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
  10.     for (auto const& v : vec1) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
  11.     cout << "\n------------------------" << endl;
  13.     vec2.resize(10, 1);
  15.     cout << "The current size is :" << vec2.size() << "\n"        // 当前的元素个数
  16.         << "The available space is: " << vec2.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
  17.     for (auto const& v : vec2) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
  18.     cout << "\n------------------------" << endl;
  20.     /*
  21.     输出：
  22.         The current size is :10
  23.         The available space is: 10
  24.         1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
  25.         ------------------------
  26.         The current size is :10
  27.         The available space is: 10
  28.         1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
  29.         ------------------------
  30. */
  32.     return 0;
  33. }

下面通过一个测试搞清楚这两个函数的区别。
这里再次强调一下两个函数的更能定义：

  • resize():重设容器大小
  • assign():替换容器的内容

而正如它们定义的那样，resize会把容器的size属性的值修改，而assign会把范围内的元素全部替换，之后再把size属性的值修改。详见下面代码与测试截图：

  1. int main()
  2. {
  4.     vector<int> vec;
  6.     vec.assign({
  7.      1,2,3,4,5,6,7,8,9 });    // 列表初始化 std::initializer_list
  9.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"        // 当前的元素个数
  10.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";    // 当前的容量大小
  11.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";                        // 当前的元素内容                    
  12.     cout << "\n------------------------" << endl;
  16.     vec.assign(5, 1);
  17.     // vec.resize(5, 1);
  20.     cout << "The current size is :" << vec.size() << "\n"        
  21.         << "The available space is: " << vec.capacity() << "\n";
  22.     for (auto const& v : vec) cout << v << " ";                                
  23.     cout << "\n------------------------" << endl;
  25.     /*
  26.     使用vec.assign(5, 1);输出
  27.         The current size is :9
  28.         The available space is: 9
  29.         1 2 3 4 5 6 7 8 9
  30.         ------------------------
  31.         The current size is :5
  32.         The available space is: 9
  33.         1 1 1 1 1
  34.         ------------------------
  36.     使用vec.resize(5, 1);输出
  37.         The current size is :9
  38.         The available space is: 9
  39.         1 2 3 4 5 6 7 8 9
  40.         ------------------------
  41.         The current size is :5
  42.         The available space is: 9
  43.         1 2 3 4 5
  44.         ------------------------
  45. */
  47.     return 0;
  48. }

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