C++中用vector改进内存再分配

怼烎@ 2022-08-12 00:21 69阅读 0赞

C++中用vector改进内存再分配  
  
摘要：本文描述的是一种很常见的情况：当你在某个缓存中存储数据时，常常需要在运行时调整该缓存的大小，以便能容纳更多的数据。本文将讨论如何使用 STL 的 vector 进行内存的再分配。  
  
　　这里描述的是一种很常见的情况：当你在某个缓存中存储数据时，常常需要在运行时调整该缓存的大小，以便能容纳更多的数据。传统的内存再分配技术非常繁琐，而且容易出错：在 C 语言中，一般都是每次在需要扩充缓存的时候调用 realloc()。在 C++ 中情况更糟，你甚至无法在函数中为 new 操作分配的数组重新申请内存。你不仅要自己做分配处理，而且还必须把原来缓存中的数据拷贝到新的目的缓存，然后释放先前数组的缓存。本文将针对这个问题提供一个安全、简易并且是自动化的 C++ 内存再分配技术——即使用 STL 的 vector。  
  
　　用 STL vector 对象取代内建的数组来保存获取的数据，既安全又简单，并且是自动化的。  
  
　　进一步的问题分析  
  
　　在提出解决方案之前，我先给出一个具体的例子来说明 C++ 重新分配内存的弊病和复杂性。假设你有一个编目应用程序，它读取用户输入的 ISBNs，然后将之插入一个数组，直到用户输入 0 为止。如果用户插入的数据多于数组的容量，那么你必须相应地增加它的大小：  
  
\#include <iostream>  
using namespace std;  
  
int main()  
\{  
　int size=2; // 初始化数组大小；在运行时调整。  
　int \*p = new int\[size\];  
　int isbn;  
　for(int n=0; ;++n)  
　\{  
　　cout<< "enter an ISBN; press 0 to stop ";  
　　cin>>isbn;  
　　if (isbn==0)  
　　　break;  
　　if (n==size) // 数组是否到达上限?  
　　　reallocate(p, size);  
　　　p\[n\]=isbn; // 将元素插入扩容的数组  
　\}  
　delete \[\] p; // 不要忘了这一步!  
\}  
  
　　注意上述这个向数组插入数据的过程是多么的繁琐。每次反复，循环都要检查缓存是否达到上限。如果是，则程序调用用户定义的函数 reallocate()，该函数实现如下：  
  
\#include <algorithm> // for std::copy  
  
int reallocate(int\* &p, int& size)  
\{  
　size\*=2; // double the array''s size with each reallocation  
　int \* temp = new int\[size\];  
　std::copy(p, p+(size/2), temp);  
　delete \[\] p; // release original, smaller buffer  
　p=temp; // reassign p to the newly allocated buffer  
\}  
  
　　reallocate() 使用 STL std::copy() 算法对缓存进行合理的扩充——每次扩充都放大一倍。这种方法可以避免预先分配过多的内存，从量上减少需要重新分配的内存。这个技术需要得到充分的测试和调试，当初学者实现时尤其如此。此外，reallocate() 并不通用，它只能处理整型数组的情形。对于其它数据类型，它无能为力，你必须定义该函数额外的版本或将它模板化。幸运的是，有一个更巧妙的办法来实现。  
  
　　创建和优化 vector  
  
　　每一个 STL 容器都具备一个分配器（allocator），它是一个内建的内存管理器，能自动按需要重新分配容器的存储空间。因此，上面的程序可以得到大大简化，并摆脱 reallocator 函数。  
  
　　第一步：创建 vector  
  
　　用 vector 对象取代内建的数组来保存获取的数据。main() 中的循环读取 ISBN，检查它是否为 0，如果不为 0 ，则通过调用 push\_back() 成员函数将值插入  
  
vector： \#include <iostream>  
\#include <vector>  
using namespace std;  
  
int main()  
\{  
　vector <int> vi;  
　int isbn;  
　while(true)  
　\{  
　　cout << "enter an ISBN; press 0 to stop ";  
　　cin >> isbn;  
　　if (isbn==0)  
　　　break;  
　　vi.push\_back(isbn); // insert element into vector  
　\}　  
\}  
  
　　在 vector 对象构造期间，它先分配一个由其实现定义的默认的缓存大小。一般 vector 分配的数据存储初始空间是 64-256 存储槽（slots）。当 vector 感觉存储空间不够时，它会自动重新分配更多的内存。实际上，只要你愿意，你可以调用 push\_back() 任何多次，甚至都不用知道一次又一次的分配是在哪里发生的。  
  
　　为了存取 vector 元素，使用重载的 \[\] 操作符。下列循环在屏幕上显示所有 vector 元素：  
  
for (int n=0; n<vi.size(); ++n)  
\{  
　cout<<"ISBN: "<<vi\[n\]<<endl;  
\}  
  
　　第二步：优化  
  
　　在大多数情况下，你应该让 vector 自动管理自己的内存，就像我们在上面程序中所做的那样。但是，在注重时间的任务中，改写默认的分配方案也是很有用的。假设我们预先知道 ISBNs 的数量至少有 2000。那么就可以在对象构造期间指出容量，以便 vector 具有至少 2000 个元素的容量：  
  
vector <int> vi(2000); // 初始容量为 2000 个元素  
  
　　除此之外，我们还可以调用 resize() 成员函数：  
  
vi.resize(2000);// 建立不小于 2000 个元素的空间  
  
　　这样，便避免了中间的再分配，从而提高了效率。  
  
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