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C++ vector swap()去除多余容量(详解版)

如何避免vector容器进行不必要的扩容》一节中,遗留了一个问题,即如何借助 swap() 成员方法去除 vector 容器中多余的容量?本节将就此问题给读者做详细的讲解。

我们知道,在使用 vector 容器的过程中,其容器会根据需要自行扩增。比如,使用 push_back()、insert()、emplace() 等成员方法向 vector 容器中添加新元素时,如果当前容器已满(即 size() == capacity()),则它会自行扩容以满足添加新元素的需求。当然,还可以调用 reserve() 成员方法来手动提升当前 vector 容器的容量。

举个例子(程序一):
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int>myvector;
    cout << "1、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    //利用 myvector 容器存储 10 个元素
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        myvector.push_back(i);
    }
    cout << "2、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    //手动为 myvector 扩容
    myvector.reserve(1000);
    cout << "3、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

1、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 0
2、当前 myvector 拥有 10 个元素,容量为 13
3、当前 myvector 拥有 10 个元素,容量为 1000


除了可以添加元素外,vector 模板类中还提供了 pop_back()、erase()、clear() 等成员方法,可以轻松实现删除容器中已存储的元素。但需要注意得是,借助这些成员方法只能删除指定的元素,容器的容量并不会因此而改变。

例如在程序一的基础上,末尾(return 0 之前)添加如下语句:
myvector.erase(myvector.begin());
cout << "4、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;

myvector.pop_back();
cout << "5、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;

myvector.clear();
cout << "6、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
此段代码的执行结果为:

4、当前 myvector 拥有 9 个元素,容量为 1000
5、当前 myvector 拥有 8 个元素,容量为 1000
6、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 1000

显然,myvector 容器存储的元素个数在减少,但容量并不会减小。

幸运的是,myvector 模板类中提供有一个 shrink_to_fit() 成员方法,该方法的功能是将当前 vector 容器的容量缩减至和实际存储元素的个数相等。例如,在程序一的基础上,添加如下语句:
myvector.shrink_to_fit();
cout << "7、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
该语句的执行结果为:

7、当前 myvector 拥有 10 个元素,容量为 10

显然,myvector 容器的容量由 1000 缩减到了 10。

利用swap()方法去除vector多余容量

除此之外,vector 模板类中还提供有 swap() 成员方法,该方法的基础功能是交换 2 个相同类型的 vector 容器(交换容量和存储的所有元素),但其也能用于去除 vector 容器多余的容量。

如果想用 swap() 成员方法去除当前 vector 容器多余的容量时,可以套用如下的语法格式:

vector<T>(x).swap(x);

其中,x 指当前要操作的容器,T 为该容器存储元素的类型。

下面程序演示了此语法格式的 swap() 方法的用法和功能:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int>myvector;
    //手动为 myvector 扩容
    myvector.reserve(1000);
    cout << "1、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    //利用 myvector 容器存储 10 个元素
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        myvector.push_back(i);
    }
    //将 myvector 容量缩减至 10
    vector<int>(myvector).swap(myvector);
    cout << "2、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

1、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 1000
2、当前 myvector 拥有 10 个元素,容量为 10

显然,第 16 行代码成功将 myvector 容器的容量 1000 修改为 10,此行代码的执行流程可细分为以下 3 步:

1) 先执行 vector<int>(myvector),此表达式会调用 vector 模板类中的拷贝构造函数,从而创建出一个临时的 vector 容器(后续称其为 tempvector)。

值得一提的是,tempvector 临时容器并不为空,因为我们将 myvector 作为参数传递给了复制构造函数,该函数会将 myvector 容器中的所有元素拷贝一份,并存储到 tempvector 临时容器中。

注意,vector 模板类中的拷贝构造函数只会为拷贝的元素分配存储空间。换句话说,tempvector 临时容器中没有空闲的存储空间,其容量等于存储元素的个数。


2) 然后借助 swap() 成员方法对 tempvector 临时容器和 myvector 容器进行调换,此过程不仅会交换 2 个容器存储的元素,还会交换它们的容量。换句话说经过 swap() 操作,myvetor 容器具有了 tempvector 临时容器存储的所有元素和容量,同时 tempvector 也具有了原 myvector 容器存储的所有元素和容量。

3) 当整条语句执行结束时,临时的 tempvector 容器会被销毁,其占据的存储空间都会被释放。注意,这里释放的其实是原 myvector 容器占用的存储空间。

经过以上 3 个步骤,就成功的将 myvector 容器的容量由 100 缩减至 10。

利用swap()方法清空vector容器

在以上内容的学习过程中,如果读者善于举一反三,应该不难想到,swap() 方法还可以用来清空 vector 容器。

当 swap() 成员方法用于清空 vector 容器时,可以套用如下的语法格式:

vector<T>().swap(x);

其中,x 指当前要操作的容器,T 为该容器存储元素的类型。

注意,和上面语法格式唯一的不同之处在于,这里没有为 vector<T>() 表达式传递任何参数。这意味着,此表达式将调用 vector 模板类的默认构造函数,而不再是复制构造函数。也就是说,此格式会先生成一个空的 vector 容器,再借助 swap() 方法将空容器交换给 x,从而达到清空 x 的目的。

下面程序演示了此语法格式的 swap() 方法的用法和功能:
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    vector<int>myvector;
    //手动为 myvector 扩容
    myvector.reserve(1000);
    cout << "1、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    //利用 myvector 容器存储 10 个元素
    for (int i = 1; i <= 10; i++) {
        myvector.push_back(i);
    }
    //清空 myvector 容器
    vector<int>().swap(myvector);
    cout << "2、当前 myvector 拥有 " << myvector.size() << " 个元素,容量为 " << myvector.capacity() << endl;
    return 0;
}
程序执行结果为:

1、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 1000
2、当前 myvector 拥有 0 个元素,容量为 0

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