用 vectors 改进内存的再分配
作者：Danny Kalev
编译：MTT 工作室
原文出处：Improving Memory Reallocation with Vectors
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 ";
cinisbn;
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。
Danny Kalev 是一名通过认证的系统分析师，专攻 C++ 和形式语言理论的软件工程师。1997 年到 2000
年期间，他是 C++ 标准委员会成员。最近他以优异成绩完成了他在普通语言学研究方面的硕士论文。
业余时间他喜欢听古典音乐，阅读维多利亚时期的文学作品，研究 Hittite、Basque 和 Irish Gaelic
这样的自然语言。其它兴趣包括考古和地理。Danny 时常到一些 C++ 论坛并定期为不同的 C++
网站和杂志撰写文章。他还在教育机构讲授程序设计语言和应用语言课程。
