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vector的性能利器reserve

jiezi

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vector是 C++ 编程时的常用容器，其帮助用户自动管理存储空间，简单易用，且能避免资源泄露的问题。需要动态分配存储空间的场景，完全可替代原生数组。

vector被人诟病的地方在于性能。C++ 11引入 array 容器，有原生数组的性能，编译期能确定大小的情况可取代 vector。但对于运行期才能确定大小的情况，array 不适用，还是得上vector。

实践中提高 vector 性能的要点是 尽量使用 reserve（仅次于换编译器和 STL 实现）。运行期依然不能确定数组的个数，明智的选择是什么也不做，push_back/emplace_back就足够；运行期能确定个数，则应该用reserve，不建议用传递大小的数组构造函数或者调用resize。

reserve vs resize

reserve和 resize 函数都能分配足够容纳下指定个数对象的空间。不同之处是 resize（或构造函数传递数组个数）会改变数组的size（即当前元素的指针），并且极大的可能性会调用存储对象的(复制) 构造函数 。reserve 做的事情就比较纯粹：仅分配所需的空间。

一段代码说明三者的区别：

// file: test.cpp
#include <iostream>
#include <vector>


class Foo {
    public:
        Foo() {std::cout << "Foo constructor" << std::endl;}
};

int main(int argc, char* argv[]) {
    std::cout << "initialize vector with element number..." << std::endl;
    std::vector<Foo> vec1(5);
    std::cout << "-------------" << std::endl;
    std::cout << "vec1 size:" << vec1.size() << std::endl << std::endl;

    std::cout << "vector resize..." << std::endl;
    std::vector<Foo> vec2;
    vec2.resize(5);
    std::cout << "-------------" << std::endl;
    std::cout << "vec2 size:" << vec2.size() << std::endl << std::endl;


    std::cout << "vector reserve..." << std::endl;
    std::vector<Foo> vec3;
    vec3.reserve(5);
    std::cout << "-------------" << std::endl;
    std::cout << "vec3 size:" << vec3.size() << std::endl << std::endl;

    return 0;
}

用 gcc 编译程序：g++ -std=c++0x -o test -O2 test.cpp，然后 ./test 执行程序，结果如下：

initialize vector with element number...
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
-------------
vec1 size:5

vector resize...
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
Foo constructor
-------------
vec2 size:5

vector reserve...
-------------
vec3 size:0

输出结果很显然：无论用构造数组时指定个数，还是resize，都会调用存储类型的默认构造函数并改变size。常规情况下，默认生成的对象没什么用处，最后都会被覆盖掉。如果存储类型的构造函数比较复杂，这两种方式都以大代价做无用功。

而 reserve 就不会，理念简单，性能杠杠的。

注意 ：编译上述程序，去掉-std=c++0x 选项，结果将会不同。原因是 vector 的构造函数或者 resize 默认用 复制 的方式填充，所以构造函数仅调用一次。

总结

细心对比，你会发现 reserve 和resize的区别就像 malloc 和new的区别（不过 malloc 是函数，new是操作符）：malloc/operator new/reserve得到一块冰冷的内存，什么都没有；new/resize得到的是一个个鲜活的对象。如果仅需存储空间的话，malloc/operator new会更高效。

所以，使用 vector 时尽量用 reserver 来提高性能。

参考

  1. std::vector::resize
  2. Does the vector.resize() method calls the default elements constructors when resizing?
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