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C++如何实现动态数组自动扩容逻辑_C++手动实现vector底层原理【原理】

穿越時空

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发布时间:2026-02-06 14:58:03

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c++如何实现动态数组自动扩容逻辑_c++手动实现vector底层原理【原理】

扩容时为什么要用 1.5 倍或 2 倍,而不是每次 +1?

每次只加 1 个元素空间会导致 push_back 平均时间复杂度退化为 O(n):插入 n 次要触发 n 次拷贝,总操作数 ≈ n²。而按比例扩容(如 1.5× 或 2×)能保证均摊 O(1) —— 关键是让「拷贝总次数」与「最终容量」呈线性关系。

实际选 1.5 还是 2 取决于内存碎片和增长节奏:
- std::vector 在多数 STL 实现中用 1.5 倍(如 MSVC、libstdc++),平衡内存利用率与重分配频次
- 2 倍更简单,但可能浪费更多内存(尤其小容量时)
- 绝对不要用 new_size = old_size + 1 或固定增量

手动实现扩容的核心三步:申请、搬移、释放

真正的扩容不是“在原地变大”,而是:分配新内存 → 逐个移动旧元素(调用移动构造或拷贝构造)→ 释放旧内存 → 更新指针/大小/容量。

  • 必须用 std::allocator::allocate()new T[new_capacity] 分配原始内存(不能直接 new T[old_capacity] 后 reinterpret_cast)
  • 搬移需区分 POD 类型(可用 memcpy)和非 POD(必须调用构造函数);C++11 起推荐用 std::uninitialized_move 或手动循环 + std::move
  • 旧内存必须用对应方式释放:delete[] 对应 new T[]std::allocator::deallocate() 对应 allocate()

capacity() 和 size() 的区别直接影响扩容判断

size() 是当前存了多少个有效对象,capacity() 是已分配但未初始化的总空间。扩容只看 size() == capacity() 是否成立 —— 很多人误判成 size() >= capacity() 或检查 size() + 1 > capacity(),其实只需等号。

典型错误写法:

立即学习C++免费学习笔记(深入)”;

if (size_ + 1 > capacity_) { // ❌ 多余计算,且易溢出
    resize(capacity_ * 2);
}

正确写法:

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if (size_ == capacity_) {
    reserve(capacity_ == 0 ? 1 : capacity_ * 2);
}

注意初始 capacity_ 建议设为 0 或 1,避免无意义分配。

移动语义没处理好会导致深拷贝泄漏或析构崩溃

如果你的类支持移动(有移动构造/赋值),扩容时必须优先使用移动而非拷贝,否则:① 性能下降;② 若移动后原对象未置空(如未将指针设为 nullptr),后续析构会 double-free。

关键点:

  • 搬移旧元素时,对每个 data_[i] 应调用 new_data[i] = std::move(data_[i])(而非 = data_[i]
  • 移动后,原位置对象处于有效但未指定状态,**不能再次析构** —— 所以搬完必须显式调用 std::destroy(data_, data_ + size_)(C++17)或手动循环析构
  • 若类型不支持移动(如无移动构造),退回到拷贝,但需确保拷贝构造安全

漏掉析构旧对象是最隐蔽的 bug:表面运行正常,但多次扩容后访问野指针或重复释放。

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