std::vector动态数组使用

vector

连续存储结构，每个元素在内存上是连续的，每个元素有固定的位置，取决于插入的顺序和时机；支持 高效的随机访问和在尾端插入/删除操作，但其他位置的插入/删除操作效率低下； 相当于一个数组（本质上是一个动态数组），但是与数组的区别为：内存空间的扩展。vector支持不指定vector大小的存储，但是数组的扩展需要程序员自己写。

vector使用的一个小例子

#include
#include

struct Vertex
{
	float x, y, z;
};

//<<操作符重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const Vertex& vertex)
{
	stream << vertex.x << "," << vertex.y << "," << vertex.z;
	return stream;
}


int main()
{
	std::vector<Vertex> vertices;
	vertices.push_back({ 1, 2, 3 });
	vertices.push_back({ 4, 5, 6 });
	vertices.push_back({ 7, 8, 9 });
	for (int i = 0; i < vertices.size(); ++i)
	{
		std::cout << vertices[i] << std::endl;
	}
	
	vertices.erase(vertices.begin() + 1);
	vertices.clear();
	std::cin.get();
}

vector的使用非常简单，但是实际操作时，这样的push_back是会一直重新分配，数据量特别大的时候，就会很浪费时间，所以实际使用时为了获得最好的性能表现，我们可以对vector的使用进行优化。在了解这些之前，我们先来了解一下vector的扩容机制。

vector的扩容机制

1、新增元素：Vector通过一个连续的数组存放元素，如果集合已满，在新增数据的时候，就要分配一块更大的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，在插入新增的元素；
2、对vector的任何操作，一旦引起空间重新配置，指向原vector的所有迭代器就都失效了 ；
3、初始时刻vector的capacity为0，塞入第一个元素后capacity增加为1；
4、不同的编译器实现的扩容方式不一样，VS2015中以1.5倍扩容，GCC以2倍扩容。

这里的重点就是第1条，我们在动态的增加vector的大小时，实际上会进行频繁的重新分配和拷贝，数据量特别大时会拖慢程序的运行速度。看一下下面的一个例子：

#include
#include

struct Vertex
{
	float x, y, z;

	Vertex(float x, float y, float z)
		: x(x), y(y), z(z) {}

	//拷贝构造函数
	Vertex(const Vertex& vertex)
		: x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z)
	{
		std::cout << "Copied！" << std::endl;
	}
};

//<<操作符重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const Vertex& vertex)
{
	stream << vertex.x << "," << vertex.y << "," << vertex.z;
	return stream;
}


int main()
{
	std::vector<Vertex> vertices;
	vertices.push_back({ 1, 2, 3 });
	vertices.push_back({ 4, 5, 6 });
	vertices.push_back({ 7, 8, 9 });

	std::cin.get();
}

输出：

如上图所示，我们仅仅push_back了三次，就拷贝了6次，那如果一直push_back下去10000次或者1000000次呢，那么拷贝的次数会以指数增长，这是拖慢程序运行的原因之一！

我们需要明白实际的拷贝发生在哪里，首先，在我们push_back元素至vector分配的内存中这发生了一次拷贝，然后，在不断的push_back中，当vector容量不够时会进行扩容，根据扩容机制1就要分配一块更大的内存，将原来的数据复制过来，释放之前的内存，这就又发生了一次拷贝。

****优化思想：避免不断地拷贝
1、如果我们构造Vertex时就在vector事先分配好的那块内存中；
2、如果我们了解事先vector的容量，为什么不直接申请能够存放3个Vertex的内存，这样就不必扩容两次的，也就减少了拷贝次数。

优化

在此之前我们先要了解vector的reserve和resize的区别！
vector 的reserve增加了vector的capacity，但是它的size没有改变！而resize改变了vector的capacity同时也增加了它的size！
原因如下：
1、reserve是容器预留空间，但在空间内不真正创建元素对象，所以在没有添加新的对象之前，不能引用容器内的元素。加入新的元素时，要调用push_back()/insert()函数。
2、resize是改变容器的大小，且在创建对象，因此，调用这个函数之后，就可以引用容器内的对象了，因此当加入新的元素时，用operator[]操作符，或者用迭代器来引用元素对象。此时再调用push_back()函数，是加在这个新的空间后面的。

#include
#include

struct Vertex
{
	float x, y, z;

	Vertex(float x, float y, float z)
		: x(x), y(y), z(z) {}

	//拷贝构造函数
	Vertex(const Vertex& vertex)
		: x(vertex.x), y(vertex.y), z(vertex.z)
	{
		std::cout << "Copied！" << std::endl;
	}
};

//<<操作符重载
std::ostream& operator<<(std::ostream& stream, const Vertex& vertex)
{
	stream << vertex.x << "," << vertex.y << "," << vertex.z;
	return stream;
}


int main()
{
	std::vector<Vertex> vertices;
	vertices.reserve(3);//事先分配vertices的容量为3
	vertices.push_back({ 1, 2, 3 });
	vertices.push_back({ 4, 5, 6 });
	vertices.push_back({ 7, 8, 9 });

	std::cin.get();
}

这里仅比上面使用了reserve函数事先分配vertices的容量为3，输出

可以看出，此时就仅有三个拷贝了，这样我们进行优化思想的第二条，接下来看第一条如何进行优化。仅仅需要把push_back改成emplace_back

vertices.emplace_back(1, 2, 3 );
vertices.emplace_back(4, 5, 6 );
vertices.emplace_back(7, 8, 9 );

在这种情况下，不是传递我们已经构建的vertex对象，只是传递了构造函数的参数列表，它告诉vector在实际的vector内存中，使用以下参数构建一个vertex对象。
输出

此时什么也没有输出，也就是没有发生拷贝，可以提高程序的运行速度。

emplace_back()和push_back()的区别

emplace_back() 和 push_back() 的区别，就在于底层实现的机制不同。push_back() 向容器尾部添加元素时，首先会创建这个元素，然后再将这个元素拷贝或者移动到容器中（如果是拷贝的话，事后会自行销毁先前创建的这个元素）；而 emplace_back() 在实现时，则是直接在容器尾部创建这个元素，省去了拷贝或移动元素的过程。