c矢量,当它在堆栈上扩展/重新分配时会发生什么？

我是C的新手,我正在我的项目中使用矢量类.我发现它非常有用,因为我可以有一个数组,只要有必要,就会自动重新分配(即如果我想push_back一个项目,并且向量达到它的最大容量,它会重新分配自己要求更多的内存空间到操作系统),所以访问向量的元素是非常快的(它不像一个列表,到达“第n”个元素,我必须通过“n”第一个元素).

我发现this question非常有用,因为他们的答案完全解释了当我想将我的矢量存储在堆/堆栈上时,“内存分配器”如何工作：

[1] vector<Type> vect;
[2] vector<Type> *vect = new vector<Type>;
[3] vector<Type*> vect;

但是,有一个疑问让我有一段时间,我找不到答案：
每当我构建一个向量并开始推送很多项目时,它将会到达一个时刻,当向量将被满载,所以要继续增长,它将需要重新分配,复制自己到一个新的位置,然后继续push_back项目(显然,这个重新分配它隐藏在类的实现上,所以对我来说是完全透明的)

好的,如果我在堆上创建了这个向量[2],我没有想到可能发生的事情：类向量调用malloc,获取新空间,然后将其自身复制到新内存中,最后删除旧的内存调用.

然而,一个面纱隐藏了当我在堆栈上构造一个向量时发生了什么事情[1]：当矢量必须重新分配时会发生什么？ AFAIK,每当您在C/C++上输入新功能时,计算机都会查看变量的声明,然后展开堆栈以获取放置这些变量的必要空间,但是当堆栈中不能分配更多空间时功能已经运行.类矢量如何解决这个问题？

解决方法

你写了

[…] copy itself to a new location […]

这不是一个向量工作的方式.向量数据被复制到新的位置,而不是向量本身.

我的答案应该给你一个如何设计矢量的想法.

常见的std ::矢量布局*

注意：std :: allocator实际上可能是一个空类,std :: vector可能不包含此类的实例.任意分配器可能不是这样.

在大多数实现中,它由三个指针组成

>开始指向堆上的向量的数据存储器的开始(总是在堆上,如果不是nullptr)
>终点一个存储器位置通过矢量数据的最后一个元素
– > size()== end-begin
>存储器位置的容量点超过向量存储器的最后一个元素 – > capacity()== capacity-begin

堆栈上的一个向量

我们声明一个变量,类型为std :: vector< T,A>其中T是任何类型,而A是T的分配器类型(即std ::分配器< T>).

std::vector<T,A> vect1;

这在记忆中怎么样？

我们看到：堆上没有任何事情发生,但变量占用堆栈上其所有成员所必需的内存.
在那里,它将一直保持在这里,直到vect1超出范围,因为vect1只是像double,int或其他类型的任何其他对象一样的对象.它将坐在它的堆栈位置,等待被破坏,无论它在堆上处理多少内存.

vect1的指针不指向任何地方,因为向量为空.

堆上的矢量

现在我们需要一个指向矢量的指针,并使用一些动态堆分配来创建向量.

std::vector<T,A> * vp = new std::vector<T,A>;

我们再来看看记忆.

我们在堆栈中有我们的vp变量,我们的向量现在在堆上.由于它的大小不变,所以向量本身也不会在堆上移动.如果发生重新分配,只有指针(开始,结束,容量)将移动到内存中的数据位置.我们来看看吧.

向元素推送元素

现在我们可以开始向元素推送元素.我们来看看vect1.

T a;
vect1.push_back(a);

变量vect1仍然存在,但堆上的内存被分配为包含T的一个元素.

如果我们添加一个元素会怎么样？

vect1.push_back(a);

>数据元素在堆上分配的空间是不够的(因为它只有一个内存位置).
>将为两个元素分配一个新的内存块
>第一个元素将被复制/移动到新的存储.
旧的记忆将被释放.

我们看到：新的内存位置是不同的.

如果我们摧毁最后一个元素,有更多的见解让我们看看情况.

vect1.pop_back();

分配的内存不会改变,但是最后一个元素会调用它的析构函数,而结束指针向下移动一个位置.

可以看到：capacity()== capacity-begin == 2 while size()== end-begin == 1