vector 的交换技巧

面试被问到如何解决 vector 有过多空闲内存的问题。

假定先有一 vector 容器 vec，它的容量是 10000，大小是 3。

vector 的内存增长问题

vector 申请的是连续内存空间，其实际分配的内存比当前所需的内存要多一些，也就是说，vector 容器预留了一些额外的存储区。而当 vector 需要分配新的内存时，会申请当前容量二倍的内存，也就是二倍增长。

resize() 和 reverse()

resize() 并不能解决内存浪费的问题。使用 resize() 可以将一个容量和大小均为 10000 的 vector 的大小改为 3，但 resize() 并不是将其余的内存释放掉，后面的内存仍然被占用，因为此时 vector 的容量（capacity()）仍为 10000。

这时候想到，要是先用 resize() 减小容器的大小，再使用 reverse() 减少容器的容量，不就好了么？但这样也不行，当使用 reverse() 调整容器容量时，若 new_cap 大于当前 capacity()，则会分配新的存储空间，复制原容器元素，销毁原容器；但若 new_cap 小于当前 capacity()，则什么也不做。

例如以下代码：

#include <iomanip>
#include <iostream>
#include <vector>
using namespace std;

int main()
{
    // 初始化时预算分配 10000 的大小.
    vector<int> vec(10000, 1);

    cout << setiosflags(ios::left);

    cout << "Initial
"
         << setw(20) << "vec's size(): " << vec.size() << endl
         << setw(20) << "vec's capacity(): " << vec.capacity() << endl
         << endl;

    // 调整容器大小. 假定现在只需要 3 的大小.
    vec.resize(3);

    cout << "After resize()
"
         << setw(20) << "vec's size(): " << vec.size() << endl
         << setw(20) << "vec's capacity(): " << vec.capacity() << endl
         << endl;

    // 调整容器容量.
    vec.reserve(3);

    cout << "After reserve()
"
         << setw(20) << "vec's size(): " << vec.size() << endl
         << setw(20) << "vec's capacity(): " << vec.capacity() << endl
         << endl;

    return 0;
}

输出为：

Initial
vec's size():       10000
vec's capacity():   10000

After resize()
vec's size():       3
vec's capacity():   10000

After reserve()
vec's size():       3
vec's capacity():   10000

可以看到 resize() 和 reverse() 无法处理浪费的空间。

交换技巧

交换技巧，使用到了 swap(vector& other)，它会将 vector 与 other 相交换，且不在单独的元素上调用任何移动、复制或交换操作。利用 swap() 释放多余的存储空间的操作如下：

vector<int>(vec).swap(vec);

表达式 vector<int>(vec) 建立一个临时 vector，它是 vec 的一份拷贝，vector 的复制构造函数做了这个工作。并且，这个复制品只复制了复制元素所需要的内存，所以这个临时 vector 没有多余的容量。

然后，让临时 vector 和 vec 交换数据，vec 拥有了临时 vector 的修整过的容量，而临时 vector 则拥有了发胀的容量。最后语句执行完毕，临时 vector 被析构，空间被释放，大功告成。