如何使用vector::reserve提升C++程序性能

一、vector::reserve介绍

在讨论如何使用vector::reserve提升C++程序性能之前，我们首先需要了解vector::reserve的作用和含义。

C++的STL标准库中，vector是一种动态数组，它可以根据需要自动调整尺寸，同时具有随机访问的能力。

vector::reserve是vector类中的一个成员函数，用于预分配vector中的内存空间，以避免不必要的动态内存分配和释放操作。

// vector::reserve示例代码
#include 
#include 
   

int main() {
  std::vector
     vec;
  vec.reserve(100);
  std::cout << vec.capacity() << std::endl; // 输出 100

  vec.push_back(1);
  std::cout << vec.capacity() << std::endl; // 输出 100，由于reserve预分配了内存，所以在push_back操作后，capacity并未改变
  return 0;
}

    
   
  

二、vector::reserve能够提升程序性能的原理

使用vector::reserve能够提升程序性能的原理，主要在于减少内存分配和释放操作的次数。

当我们不使用reserve函数时，在向vector中添加元素时，当vector的元素个数达到当前内存空间的上限时，vector会重新分配一块更大的内存，并将原来的元素拷贝到新的内存中，同时释放原有的内存，这个操作代价是很大的。

而使用reserve预分配内存空间后，当元素个数超过预分配的空间时，vector只需要向预分配的内存空间中添加新元素，无需重新分配内存和拷贝元素，这样可以大大减少内存分配和释放操作的次数，提升程序性能。

三、如何正确使用vector::reserve提升程序性能

在使用vector::reserve函数时，需要注意以下几点：

1. 预分配的内存大小应该合理

如果预分配的内存大小过小，仍然有可能触发vector重新分配内存的操作，而预分配的内存过大，则会占用过多的内存资源。一般来说，预分配的内存大小应该根据实际情况选择，可以考虑容器中最大的可能元素个数，或者在运行时动态调整预分配的内存大小。

2. 预分配的内存不会初始化

vector::reserve只是预分配内存，并不会对内存进行初始化操作，如果需要初始化内存，需要使用vector::resize函数。

// vector::resize和reserve示例代码
#include 
#include 
   

int main() {
  // 使用reserve预分配100个int的内存空间
  std::vector
     vec;
  vec.reserve(100);

  // 运行下面两行代码，会发现输出结果不同
  std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出 0，reserve只是预分配空间，并没有初始化
  std::cout << vec[0] << std::endl; // 输出随机数

  // 使用resize初始化100个int的内存空间
  vec.resize(100);
  std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出 100
  std::cout << vec[0] << std::endl; // 输出 0

  return 0;
}

    
   
  

3. 预分配的内存不会影响vector的size

使用vector::reserve只是预分配内存空间，并不会影响vector中元素的实际个数，如果需要更改vector的size，需要使用vector::resize或者vector::push_back等函数。

// vector::push_back和reserve示例代码
#include 
#include 
   

int main() {
  // 使用reserve预分配100个int的内存空间
  std::vector
     vec;
  vec.reserve(100);

  // 运行下面两行代码，会发现输出结果不同
  std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出 0，reserve只是预分配空间，并不会影响vector的实际size
  vec.push_back(1);
  std::cout << vec.size() << std::endl; // 输出 1，使用push_back函数可以改变vector的实际size

  return 0;
}

    
   
  

四、总结

在对C++程序进行性能优化时，使用vector::reserve函数是一个有效的手段，可以避免不必要的内存分配和释放操作，优化程序性能。

需要注意的是，预分配的内存大小应该合理，使用reserve只是预分配内存，并不会初始化内存空间，同时预分配的内存大小不会影响vector的size。