string::reserve和string::size疑点分析

旧城等待， 2022-05-16 05:27 156阅读 0赞

对于C++的vector容器模板类，存在size和capacity这样两个概念，可以分别通过vector的size()和capacity()方法获得该vector当前的size和capacity值。相应的，vector提供了两个方法来分别对size和capacity进行操作，它们就是resize方法和reserve方法。

首先，对于size和capacity，这是两个比较容易混淆的概念。都说要抱着问题来学习，才能做到事半功倍。那么，这里便提出三个问题：什么是vector的大小(即size)？什么是vector的容量(即capacity)？这两个概念的区别在哪里？

对于抽象的问题，只要我们把它们同我们的生活实际相结合，将问题具象化，自然就会很好的理解。

就拿我们的办公室举例，假设，我们部门的办公地点位于公司大楼的六楼。在我们的办公室里面，放置了100套办公桌椅(工位)，公司说按照一个萝卜一个坑来算，你们部门最多只能招这么多人，那么，这时我们可以说，我们部门的容量(即capacity)就是100人，如果我们部门是公司刚成立的部门，正处于发展壮大的阶段，目前只有40为员工，也就是说，办公室里只坐了40个人，另外60个工位是空着的，那么，我们可以说，我们部门当前的大小(即size)是40人。这实际上就是size和capacity的区别。类比到vector，size和capacity的概念自然就很清楚了。

cplusplus.com中对capacity是这样定义的：

This capacity is not necessarily equal to the [vector size][]. It can be equal or greater, with the extra space allowing to accommodate for growth without the need to reallocate on each insertion.

一个allowing道出了真谛！这里还要区分两个概念，就是：为vector分配的存储空间和vector的大小是两个不同的概念。为vector分配的存储空间，实际上就是capacity，指的是当前vector最多能使用的存储空间，是大于等于vector的大小的，当vector实际需要使用的存储空间大于当前分配给它的存储空间时，需要重新为其分配存储空间。

cplusplus.com中对size的定义是：

This is the number of actual objects held in the [vector][], which is not necessarily equal to its storage [capacity][].

实际上就是vector中当前实际存储的元素个数。

弄清楚了size和capacity这两个概念之后，对于resize和reserve两个方法就很好理解了。

cplusplus.com中对reserve的定义是：

Request a change in capacity

Requests that the [vector capacity][capacity] be at least enough to contain *n* elements.  
  
If *n* is greater than the current [vector capacity][capacity], the function causes the container to reallocate its storage increasing its[capacity][] to *n* (or greater).  
  
In all other cases, the function call does not cause a reallocation and the [vector capacity][capacity] is not affected.  
  
This function has no effect on the [vector size][] and cannot alter its elements.

从上面的说明中，可以得到以下信息：

1、reserve方法被用来重新分配vector的容量大小；

2、只有当所申请的容量大小n大于vector的当前容量时，才会重新为vector分配存储空间；

3、reserve方法对于vector的大小(即size)没有任何影响；

具体通过下面的例子验证

#include <iostream>
    
    #include <vector>
    
    
    using namespace std;
    
    
    int main()
    
    {
    
    vector<int> vect;
    
    
    vect.reserve(5); // 调用reserve方法为vect分配容量（即存储空间）
    
    
    vect.push_back(1);
    
    vect.push_back(2);
    
    vect.push_back(3);
    
    vect.push_back(4); // 插入4个元素
    
    
    cout << vect.size() << endl; // vect的实际大小(即包含多少元素)
    
    cout << vect.capacity() << endl; // vect的容量大小
    
    
    return 0;
    
    }

结果为

![Center][]

从结果中，就可以很清楚的看到capacity和size的区别。

下面看一个综合的例子，可以从中获得很多信息：

#include <iostream>
    
    #include <vector>
    
    
    using namespace std;
    
    
    int main()
    
    {
    
    vector<int> vect;
    
    
    vect.reserve(5);
    
    
    vect.push_back(1);
    
    vect.push_back(2);
    
    vect.push_back(3);
    
    vect.push_back(4);
    
    
    cout << vect.size() << endl;
    
    cout << vect.capacity() << endl;
    
    
    vect.push_back(5);
    
    vect.push_back(6); // 插入两个元素，此时vect的大小大于之前分配的容量5
    
    
    cout << "size1 = " << vect.size() << endl;
    
    cout << "capacity1 = " << vect.capacity() << endl;
    
    
    vect.push_back(7);
    
    vect.push_back(8); // 在插入两个元素，和上面的结果进行对比，会有意外收获
    
    cout << "size1_1 = " << vect.size() << endl;
    
    cout << "capacity1_1 = " << vect.capacity() << endl;
    
    
    vect.reserve(3); // 当程序执行到此处时，vect的容量大小一定是大于3的
    
    
    cout << "size2 = " << vect.size() << endl;
    
    cout << "capacity2 = " << vect.capacity() << endl;
    
    
    vect.reserve(12);
    
    
    cout << "size3 = " << vect.size() << endl;
    
    cout << "capacity3 = " << vect.capacity() << endl;
    
    
    return 0;
    
    }

执行结果为：

![Center 1][]

对这一执行结果，一点点进行分析:

1、首先，看结果size1和capacity1，在打印这两个结果前，程序向vect中插入了两个元素，之前，vect中存在4个元素且容量为5，按照我之前的设想，如果我采用push\_back向vect中插入元素时，当元素数量大小capacity时，vect的capacity会随着size变大而变大，但应该是和size相等。但此处，vect的大小为6，但是容量却是7，且这个7，来的很是突然，我往哪个方面靠都靠不上啊。好吧，先把这个疑问姑且放下，现在我们猜想，是不是push\_back中针对这种情况会有处理，始终保持vect的capacity比size至少大1，带着这个猜想继续向下看，我又向vect中插入了两个元素，此时，vect的大小为8，若是我们刚才的猜想是正确的话，则此时，vect的capacity应该增大为9了，但是此时结果size1\_1和capacity1\_1却给了我当头一棒，这个10又是怎么回事？学习编程永远记住一件事情，所有问题的答案，都能从代码中找到。于是，我顺着vector的push\_back源码开始找下去，就有了下面这段追踪代码

void push_back(_Ty&& _Val)
    
    ...
    
    if (this->_Mylast == this->_Myend)
    
    _Reserve(1);
    
    ...
    
    
    void _Reserve(size_type _Count)
    
    { // ensure room for _Count new elements, grow exponentially
    
    size_type _Size = size();
    
    if (max_size() - _Count < _Size)
    
    _Xlen();
    
    else if ((_Size += _Count) <= capacity())
    
    ;
    
    else
    
    reserve(_Grow_to(_Size));
    
    }
    
    
    size_type _Grow_to(size_type _Count) const
    
    { // grow by 50% or at least to _Count
    
    size_type _Capacity = capacity();
    
    
    _Capacity = max_size() - _Capacity / 2 < _Capacity
    
    ? 0 : _Capacity + _Capacity / 2; // try to grow by 50%
    
    if (_Capacity < _Count)
    
    _Capacity = _Count;
    
    return (_Capacity);
    
    }

由这段官方实现代码，终于找到了答案，原来在使用push\_back向vect中插入元素时，如果当前元素数量大于vector的capacity时，会重新为vector分配存储空间，而分配的原则就是:

原capacity + 原capacity / 2

这样，就解释了上面的7和10两个结果，最初，vect的容量大小为5，在第一次插入两个元素后，vector中的元素数量大于5了，所以此时，会重新为vect分配容量，分配大小为5 + 5 / 2 = 7，而同样的，第二次重新分配vect的容量是7 + 7 / 2 = 10，这就合理的解决了刚才的疑问。

2、当vect的容量大小为10时，再调用reserve方法，重新为其设置容量为3时，不会进行任何操作，可以看到，vect的容量大小还是10;

3、当为vect设置容量大小为12时，可以看到，成功的改变了vect的容量大小；

4、不论哪次调用reserve方法，vect的size大小在调用前后，始终没有被改变过。

到此，是我对reserve方法的一些思考和验证。

原文转载自：[https://blog.csdn.net/vampirem\_chosen\_one/article/details/50519870][https_blog.csdn.net_vampirem_chosen_one_article_details_50519870]

[vector size]: http://www.cplusplus.com/vector::size
[vector]: http://www.cplusplus.com/vector
[capacity]: http://www.cplusplus.com/vector::capacity
[Center]: /images/20220516/be471158c60947959d77c2f3a3ed0d00.png
[Center 1]: /images/20220516/e0ebb78a2cf2430897cc6ae525e11911.png
[https_blog.csdn.net_vampirem_chosen_one_article_details_50519870]: https://blog.csdn.net/vampirem_chosen_one/article/details/50519870