std::vector::reserve
函数在 C++ 中用于预分配内存,避免在元素增加时多次重新分配内存,从而提高性能。
它最常用于需要频繁向 vector
中添加元素,并且可以预估容器的最终大小的场景。
作用
reserve
函数的主要作用是:
-
预分配容量:它提前为
vector
分配一定数量的内存(但不会改变当前vector
的元素数量size
)。也就是说,它只是增加vector
的容量capacity
,使其能够容纳更多元素,而不需要反复分配和释放内存。 -
避免多次内存分配和拷贝:在
vector
中,如果你频繁调用push_back
向容器添加新元素,而没有事先为vector
分配足够的容量,容器在容量不足时会自动扩容。这会导致每次扩容时进行内存分配,并将现有元素拷贝到新的内存地址。reserve
通过提前分配足够的空间,减少或避免了这些昂贵的操作。
场景
reserve
通常用于以下场景:
-
已知或可以预估元素的数量:如果你知道或者可以大致估计
vector
最终会存储多少个元素,可以使用reserve
来一次性分配足够的内存空间,避免扩容时频繁的内存分配与拷贝。示例:
#include <iostream> #include <vector> int main() { std::vector<int> vec; vec.reserve(100); // 预先分配100个元素的空间 for (int i = 0; i < 100; ++i) { vec.push_back(i); // 不会触发多次扩容 } std::cout << "Vector size: " << vec.size() << std::endl; std::cout << "Vector capacity: " << vec.capacity() << std::endl; return 0; }
在这个例子中,调用
reserve(100)
会一次性分配能够容纳 100 个元素的内存空间。因此,在push_back
添加元素时,不会频繁地重新分配内存,提升了性能。 -
性能优化:在高性能的应用中,特别是需要处理大量数据时,如果向
vector
中添加元素的操作非常频繁且每次添加元素都会导致vector
扩容,会严重影响性能。reserve
可以通过减少内存分配和拷贝操作来提升性能。 -
避免扩容导致的迭代器失效:当
vector
扩容时,之前的元素会被拷贝到新的内存地址,导致之前的迭代器失效。如果提前使用reserve
分配好足够的空间,可以避免这种问题,特别是在对迭代器的连续访问中。迭代器失效示例:
#include <iostream> #include <vector> int main() { std::vector<int> vec; vec.reserve(10); // 预留空间避免迭代器失效 vec.push_back(1); vec.push_back(2); vec.push_back(3); // 获取迭代器 auto it = vec.begin(); // 继续向vector添加元素 vec.push_back(4); // 不会导致迭代器失效 std::cout << "First element: " << *it << std::endl; // 输出正确结果 return 0; }
reserve
与 resize
的区别
reserve
:只改变vector
的容量,但不改变其大小。也就是说,它只预分配内存,但并不实际增加或减少vector
中的元素。resize
:不仅改变vector
的大小,还会相应地创建或销毁元素。它会让vector
的大小变为指定的大小,添加默认构造的元素(如果扩大),或删除多余的元素(如果缩小)。
示例:
std::vector<int> vec;
vec.reserve(10); // 仅分配内存,但不添加元素,vec.size() 仍为 0
vec.resize(10); // 改变size,vec.size() 为 10,默认值填充
总结
std::vector::reserve
在以下场景非常有用:
- 需要大量动态添加元素时。
- 知道或能够预估元素的数量时。
- 想要避免不必要的内存分配、拷贝和迭代器失效时。
通过合理使用 reserve
,可以有效地优化程序的性能,减少 vector
的内存管理开销。