用 vectors 改进内存的再分配

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用 vectors 改进内存的再分配

作者：Danny Kalev
编译：MTT 工作室

（本文来源于图老师网站，更多请访问http://www.tulaoshi.com）

原文出处：Improving Memory Reallocation with Vectors

（本文来源于图老师网站，更多请访问http://www.tulaoshi.com） 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::copyint reallocate(int* &p, int& size){size*=2; // double the array''s size with each reallocationint * temp = new int[size];std::copy(p, p+(size/2), temp);delete [] p; // release original, smaller bufferp=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: "<