Vector的扩容机制

到需要扩容的时候，Vector会根据需要的大小，创建一个新数组，然后把旧数组的元素复制进新数组。

我们可以看到，扩容后，其实是一个新数组，内部元素的地址已经改变了。所以扩容之后，原先的迭代器会失效：

插一嘴，为什么要用迭代器而不用指针。
Iterator（迭代器）用于提供一种方法顺序访问一个聚合对象中各个元素, 而又不需暴露该对象的内部表示。
所以原因1：更安全。
第二，迭代器不是指针，它是类模板。它只是通过重载了指针的一些操作符（如“++”、“->”、“ * ”等）来模拟了指针的功能。也因此，它的功能比指针更加智能，他可以根据不同的数据类型实现不同的“++”等操作。
所以原因2：更智能。

int main() {std::vector<int> arr;arr.emplace_back(1);auto it = arr.begin();auto it2 = arr.end();std::cout << *it << "\t" << *(--it2) << std::endl;arr.emplace_back(2);std::cout << *it << "\t" << *(--it2) << std::endl;return 0;
}

执行后，只有第一个cout输出了结果，第二个cout没有输出，直接程序结束。

因为一开始没有声明大小，所以默认cap为0（这里cap指的是vector.capacity()，是可以调用的函数，返回当前vector的实际容量，超过了就要扩容）；插入1之后，cap变为1；再插入2，因为size超过了cap，所以要扩容。
如前文所叙，扩容之后，元素的位置都变了，所以原先的迭代器失效了。

---

问题：元素的位置都变了？那头元素的位置变了吗？

答案是：变了。

有的人在这个时候会有疑问：那我还怎么找到原来的vector？

实际上，vector的头元素地址，与vector的地址并不相同。我们日常将vector叫做数组，但至少在这一点上，它不同于真正的数组。

以下是我做的实验出来的结果：

声明： std::vector<int> vector1 = { 1 };
&vector1: 00EFF824
&vector1[0]: 011B04D0声明： int* p1 = &vector1[0];*p1: 1
指针p1的值（指向的地址）: 011B04D0扩容后*p1: -572662307
扩容后，指针p1的值（指向的地址）: 011B04D0
扩容后，&vector1: 00EFF824
扩容后，&vector1[0]: 011C0C40声明： int array2[] = { 1 };
&array2: 00EFF7D4
&array2[0]: 00EFF7D4  

从第三部分可以看到，对于一个数组array2，它的地址就是它的头元素的地址。而第一部分中，vector1的地址，与它的头元素地址并不相同。

扩容之后，&vector1 地址还是不变，但是头元素的地址已经变了。

如果你在扩容前，使用一个指针指向头元素，扩容后，指针指向的地址不变，但是这个地方已经变成了野值。

---

最后，扩容有两种机制，2倍扩容和1.5倍扩容。这个机制随编译器的不同而不同。

VS2017使用的是1.5倍扩容，g++编译器用的是2倍扩容。

在大部分情况下，1.5倍扩容要好一些。因为随着内存的增长，可以实现一定程度上的内存复用。

下面展示两种编译器具体的扩容情况。
以下内容来源于链接。

测试代码：

#include <stdio.h>
#include <vector>
int main() {std::vector<double> v;printf("size:%d capacity:%d max_size:%llu\n",v.size(),v.capacity(),v.max_size());int last_capacity = -1;for (int i = 0; i < v.max_size(); ++i) {v.push_back(1.0*i);if (last_capacity!=v.capacity()) {printf("size:%10d capacity:%10d c/l:%d max_size:%llu\n",v.size(),v.capacity(),v.capacity()/last_capacity,v.max_size());}last_capacity = v.capacity();}return 0;
}

上面是vs2017的1.5倍扩容，下面是g++的2倍扩容：


vector的capacity,是指当前状态下（未重新向操作系统申请内存前）的最大容量。

这个值如果不指定，则开始是0，加入第一个值时，由于capacity不够，向操作系统申请了长度为1的内存。在这之后每次capacity不足时，都会重新向操作系统申请长度为原来两倍的内存。

---

回到刚才的话题：为什么1.5倍扩容要好一些？

以下内容来源于链接。

• 两倍扩容

假设我们一开始申请了 16Byte 的空间。
当需要更多空间的时候，将首先申请 32Byte，然后释放掉之前的 16Byte。这释放掉的16Byte 的空间就闲置在了内存中。
当还需要更多空间的时候，你将首先申请 64Byte，然后释放掉之前的 32Byte。这将在内存中留下一个48Byte 的闲置空间（假定之前的 16Byte 和此时释放的32Byte 合并）
当还需要更多空间的时候，你将首先申请128Byte，然后释放掉之前的 64 Byte。这将在内存中留下一个112Byte 的闲置空间（假定所有之前释放的空间都合并成了一个块）

扩容因子为2时，上述例子表明：每次扩容，我们释放掉的内存连接起来的大小，都小于即将要分配的内存大小。

• 1.5倍扩容

假设我们一开始申请了 16Byte 的空间。
当需要更多空间的时候，将申请 24 Byte ，然后释放掉 16 ，在内存中留下 16Byte 的空闲空间。
当需要更多空间的时候，将申请 36 Byte，然后释放掉 24，在内存中留下 40Byte (16 + 24)的空闲空间。
当需要更多空间的时候，将申请 54 Byte，然后释放 36，在内存中留下 76Byte。
当需要更多空间的时候，将申请 81 Byte，然后释放 54， 在内存中留下 130Byte。
当需要更多空间的时候，将申请 122 Byte 的空间（复用内存中闲置的 130Byte）

由此可见，1.5倍扩容在一定程度上可以实现内存的复用。当然，每次扩容的大小更小，也意味着时间效率的降低，看取舍了。