C++——vector：resize与reserve的区别，验证写入4GB大数据时相比原生操作的效率提升

resize和reserve的区别

reserve：预留空间，但不实例化元素对象。所以在没有添加新的对象之前，不能引用容器内的元素。而要通过调用push_back或者insert。

resize：改变容器元素的数量，且会实例化对象（指定或默认0）。因此，调用resize之后，可以直接引用容器内的对象。此时再调用push_back，是加在这个新的空间后面，即size之后的。同样也会触发push_back()的空间预留机制。

如果newSize < size，则该容器后部的元素会被析构，且resize可能会使迭代器失效，对于所有的容器类型，如果resize操作压缩了容器，则指向已删除的元素的迭代器失效。同样的，扩容也可能导致迭代器失效，因为原来迭代器指向的位置的内存已经被释放，因为内存被移动到了别的位置。比如如果count大于size，则会扩容，如果后续空间不够，需要寻找一块足够的空间，然后把元素逐个复制过去。

当元素写入不超过预留空间时，reserve()不涉及内存的重新分配，resize()会涉及内存的重新分配。
reserve()只修改capacity大小，不修改size大小，resize()既修改capacity大小，也修改size大小。
如果reserve和resize的newSize大于capacity，都会涉及内存分配。

申请和写入大内存时三者的差异

以下的代码示例是在Linux平台下运行的。

void test_reserve()
{
    clock_t start = clock();
    std::vector<int> arr1;
    arr1.reserve(1000000000);

    /* 10^9 * 4 / 1024 / 1024 = 3814MB */
    for(int i = 0; i < 1000000000; i++)
    {
        arr1.push_back(i);
    }
    std::cout <<"耗时："<< (clock() - start) << std::endl;
    std::cout <<"size:"<< arr1.size() << " capacity:" << arr1.capacity() << std::endl;
    /*
        耗时：13.52 秒
        size:1000000000 capacity:1000000000
    */
}

void test_resize()
{
    clock_t start = clock();
    std::vector<int> arr1;
    arr1.resize(1000000000);

    /* 10^9 * 4 / 1024 / 1024 = 3814MB */
    for(int i = 0; i < 1000000000; i++)
    {
        arr1[i] = i;
    }

    std::cout <<"耗时："<< (clock() - start) << std::endl;
    std::cout <<"size:"<< arr1.size() << " capacity:" << arr1.capacity() << std::endl;
    /*
        耗时：6.39秒
        size:1000000000 capacity:1000000000
    */
}

class test
{
    public:
    test() {std::cout << "构造" << std::endl; }
    ~test() {std::cout << "析构" << std::endl; }
};

int main()
{
    clock_t start = clock();
    std::vector<int> arr;

    /* 10^9 * 4 / 1024 / 1024 = 3814MB */
    for(int i = 0; i < 1000000000; i++)
    {
        arr.push_back(i);
    }
    std::cout <<"耗时："<< (clock() - start) << std::endl;
    std::cout <<"size:"<< arr.size() << " capacity:" << arr.capacity() << std::endl;
    /*
        耗时：18.68 秒
        size:1000000000 capacity:1073741824
    */

    test_reserve();
    test_resize();
    return 0;
}

可以看到，reserve相比原生操作快了5秒，而resize后直接通过下标写入，比原生快了12秒，提升还是很可观的。但是前提是要知道元素的个数。
在进程运行的过程中，可以通过shell脚本实时查看进程的内存占用。
这个脚本的意思是：死循环，提取ps aux指令的第一行，即各种参数的标题，并且再提取a.out即程序名的各项信息，之后打印换行，睡眠1秒。达到每隔一秒监控一次内存占用的效果。

while true; 
do ps aux | head -1 ; ps aux | grep a.out; 
printf "————————————————————————————————————————————\n\n" ; sleep 1; 
done

上图是使用reserve的情况，可以看到VSZ即虚拟内存在调用reserve之后就飙到了4GB，因为Linux是内存延时分配的，即使用了该内存空间才实际分配物理内存。又因为vector的扩容方式是1.5倍扩容，因此可以看到，在push_back的过程中RSS即实际物理内存是逐渐上升的。

而上图是使用resize的情况，因为resize是实际分配了空间并会实例化元素的，因此物理内存占用上升的非常快，几乎几秒就占满了4GB。